Termodinâmica Aula

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FÍSICA
PROF. JEAN CAVALCANTE
PROF. NELSON BEZERRA
2° ANO
ENSINO MÉDIO
Unidade II
Tecnologia
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Aula 11.2
Conteúdo
 • Exercícios de fixação de Termodinâmica: Estudo dos 
gases II e a 2ª Lei da Termodinâmica
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
Habilidade
 • Compreender os conceitos da Termodinâmica e das 
propriedades térmicas dos gases e suas transformações, 
tais como, suas variáveis de estado, pressão, temperatura 
e volume e relacionar a 2ª lei da termodinâmica com 
essas transformações.
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CONTEÚDOS E HABILIDADES
ΔU= Q – τ à Q = ΔU + τ
Q à Quantidade de calor trocado com o meio: 
Q > 0 o sistema recebe calor; 
Q < 0 o sistema perde calor.
ΔU à Variação da energia interna do gás: 
ΔU > 0 a energia interna aumenta, portanto, sua 
temperatura aumenta; 
ΔU < 0 a energia interna diminui, portanto, sua temperatura 
diminui.
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REVISÃO
τ à Energia que o gás troca com o meio sob a forma de 
trabalho: 
τ > 0 o gás fornece energia ao meio, portanto, o volume 
aumenta; 
τ < 0 o gás recebe energia do meio, portanto, o volume 
diminui.
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REVISÃO
O funcionamento do ar-
condicionado automotivo
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DESAFIO DO DIA
Responda:
a) Podemos considerar o ar-condicionado uma máquina 
térmica? Explique.
b) Há a necessidade de repor o gás que circula pelo 
sistema?
c) Ao ligar o ar-condicionado o rendimento do motor 
diminui. Isso reflete no consumo de combustível?
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DESAFIO DO DIA
A 2ª Lei da Termodinâmica
Máquina térmica é todo dispositivo que, operando em 
ciclos, transforma calor em trabalho periodicamente.
Exemplo: Motores de combustão externa (locomotiva 
a vapor), motores de combustão interna (automóvel), 
refrigeradores etc.
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AULA
A 2ª Lei da Termodinâmica
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AULA
As máquinas térmicas funcionam acopladas a duas fontes 
térmicas mantidas em temperaturas distintas. A chamada 
fonte quente, mantida à temperatura T1 , é responsável pelo 
fornecimento de calor Q1 à máquina, e a fonte fria, mantida 
à temperatura T2 ( T2 < T1 ), recebe o calor excedente Q2, ou 
seja, o calor não convertido em trabalho.
fonte 
quente
fonte 
friamáquina térmicaT1 T2Q1
τ
Q2
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AULA
Q2 é o calor eliminado ou calor rejeitado pela máquina 
térmica. O trabalho realizado pela máquina térmica τciclo será 
dado por:
τciclo = Q1 - |Q2| 
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AULA
Primeiro enunciado da 2ª Lei da Termodinâmica
“A transformação de calor em trabalho por um processo 
cíclico exige a presença de duas fontes térmicas mantidas 
a temperaturas diferentes entre si. O calor é fornecido pela 
fonte de temperatura mais alta e parte dele é transferido 
à fonte mantida em temperatura mais baixa. O trabalho 
realizado equivale à diferença entre as duas quantidades de 
calor.”
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AULA
Segundo enunciado da 2ª Lei da Termodinâmica
“Nenhuma máquina térmica que opera em ciclos é capaz de 
transformar integralmente calor em trabalho.”
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AULA
Segundo enunciado da 2ª Lei
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AULA
Rendimento de uma máquina térmica
É dado por η é a razão entre o trabalho τ realizado pela 
máquina em cada ciclo e a quantidade de calor Q1 que ela 
consome ou recebe por ciclo.
η = τQ1
, com 0 < η < 1
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AULA
Rendimento de uma 
máquina térmica
fonte quente
máquina τ
calor 
recebido
calor 
recebido
fonte fria
trabalho 
realizado
Q1
Q2
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AULA
Exemplo 1
As máquinas térmicas funcionam em ciclos. Em cada 
ciclo, elas absorvem calor de uma fonte quente, produzem 
trabalho e cedem calor a uma fonte fria. Considere uma 
máquina térmica que efetua 5 ciclos por segundo. Em cada 
ciclo, ela recebe 300 J de uma fonte e rejeita 180 J para uma 
fonte fria. 
Determine:
a) O trabalho realizado em cada ciclo;
b) O rendimento da máquina;
c) Sua potência. 18
AULA
Resolução:
a. Sendo Q1 = 300 J e Q2 = 180 J, temos:
τ = Q1 - |Q2| → τ = 300 – 180 → τ = 120 J
b. O rendimento da máquina é dado por:
η = η = η = η = 0,40 ou η = 40%τQ1 200 10
→ →120 4
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AULA
c. A máquina realiza um trabalho de 120 J a cada ciclo ou 
a cada 1/5 segundo. Então, durante 5 ciclos realizará um 
trabalho total de:
Logo, a potência dessa máquina é:
P =
τtotal = 5. 120 → τtotal = 600 J
τtotal
∆T
600 P = 600 W
1=
→
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AULA
Eficiência de um refrigerador
A eficiência de um refrigerador é medida pela razão entre a 
quantidade de calor Q2 retirada da fonte fria e pelo ciclo e o 
trabalho τ realizado pelo compressor em cada ciclo.
e = 
Quanto maior a quantidade de calor retirada por ciclo para 
um dado trabalho realizado pelo compressor em cada ciclo, 
mais eficiente é o refrigerador.
Q2
τ
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AULA
Exemplo 2
Um refrigerador tem uma eficiência de 30%. Retira do 
congelador a cada ciclo 4,2.106 J. Determine:
a) O trabalho realizado pelo compressor;
b) A quantidade de calor que o condensador cede ao 
ambiente.
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AULA
Resolução:
a) Temos para esse refrigerador: e = 30% = 0,30 e Q2 = 
4,2.106 J
Então:
b) A quantidade de calor que o condensador cede ao 
ambiente Q1 é igual à quantidade de calor retirada do 
congelador (Q2) mais trabalho realizado pelo compressor (τ).
e = → 0,30 = 4,2.106 / τ → τ = 14. 106 ou τ = 1,4. 107 J 
|Q1| = Q2 + τ → |Q1| = 4,2. 10
6 + 14. 106 → |Q1| = 18,2 . 10
6 
→ |Q1| = 1,82. 10
7 J
τ
Q2
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AULA
1. O gráfico p x v mostra o ciclo de uma máquina térmica. 
Sabe-se que ela absorve 20.000 J de fonte quente a cada 
ciclo.
A
0,01
1,5
1,0
0 0,11 V (m3)
p (105 N/m2)
B
CD
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
Pede-se:
a) O trabalho realizado em cada ciclo;
b) A quantidade de calor rejeitada para a fonte fria;
c) O rendimento dessa máquina.
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DINÂMICA LOCAL INTERATIVA
O processo Isotérmico
a) O gás, ou o sistema termodinâmico, sofre uma expansão 
isotérmica.
 • Como no processo isotérmico a temperatura permanece 
inalterada podemos concluir que a variação da energia 
interna é nula, ou seja:
 ΔU=0.
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RESUMO DO DIA
O processo Isotérmico
 • Consequentemente, o trabalho está sendo realizado pelo 
sistema sobre sua vizinhança, logo será positivo:
 W > 0
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RESUMO DO DIA
b) O gás, ou o sistema termodinâmico, sofre uma 
compressão isotérmica:
Nesse caso, o trabalho será realizado sobre o sistema, por 
um agente externo, de maneira a comprimi-lo. O trabalho 
será, então, negativo:
 
 W < 0
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RESUMO DO DIA
b) O gás, ou o sistema termodinâmico, sofre uma 
compressão isotérmica:
Concluímos que: A primeira lei da termodinâmica em um 
processo à temperatura constante, isotérmico, ΔU = 0, é 
dada por:
 
 Q = W
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RESUMO DO DIA
O processo Isométrico
Toda energia fornecida ao sistema em forma de calor 
é usada para aumentar a energia interna do sistema, 
aumentando assim sua temperatura.
 ∆U = Q
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RESUMO DO DIA
O processo Isobárico
 • No processo isobárico a pressão do gás permanece 
constante, portanto, temos uma variação de volume e 
também da temperatura absoluta do gás.
 • Sendo assim, o gás realiza ou recebe trabalho e 
também varia sua energia interna, logo, a primeira lei da 
termodinâmica é expressa em sua forma tradicional:
Q = ∆U + W
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RESUMO DO DIA
A 2ª Lei da Termodinâmica
Máquina térmica é todo dispositivo que, operando em 
ciclos, transforma calor em trabalho periodicamente.
Exemplo: Motores de combustão externa (locomotiva 
a vapor), motores de combustão interna (automóvel), 
refrigeradores etc.
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RESUMO DO DIA
A 2º Lei da Termodinâmica
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RESUMO DO DIA
As máquinas térmicas funcionam acopladas a duas fontes 
térmicas mantidas em temperaturas distintas.A chamada 
fonte quente, mantida à temperatura T1 , é responsável pelo 
fornecimento de calor Q1 à máquina, e a fonte fria, mantida 
à temperatura T2 ( T2 < T1 ), recebe o calor excedente Q2, ou 
seja, o calor não convertido em trabalho.
fonte 
quente
fonte 
friamáquina térmicaT1 T2Q1
τ
Q2
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RESUMO DO DIA
Q2 é o calor eliminado ou calor rejeitado pela máquina 
térmica. O trabalho realizado pela máquina térmica τciclo será 
dado por:
τciclo = Q1 - |Q2| 
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RESUMO DO DIA
O conceito da energia interna de um gás está relacionado 
com as energias cinéticas de translação e rotação das 
moléculas que constituem o gás. Mas esse conceito 
também depende da natureza do gás e do número de 
mols que ele possui. Cada gás possui um limite para a 
energia interna, portanto, dependendo da natureza do gás a 
temperatura atingida durante a transformação também tem 
um limite. O gás que usamos em nossa residência, o gás 
de cozinha, é capaz de atingir uma temperatura máxima em 
combustão com o ar de 1927 ºC.
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DESAFIO DO DIA
Quando colocamos uma 
panela de alumínio sobre a 
chama do fogão esta não 
derrete, você sabe explicar 
por quê?
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DESAFIO DO DIA
O funcionamento do ar-
condicionado automotivo
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DESAFIO DO DIA
Responda:
a) Podemos considerar o ar-condicionado uma máquina 
térmica? Explique.
b) Há a necessidade de repor o gás que circula pelo 
sistema?
c) Ao ligar o ar-condicionado o rendimento do motor 
diminui. Isso reflete no consumo de combustível?
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DESAFIO DO DIA