Figuras

Segunda Lei da Termodinâmica

A primeira lei da Termodinâmica, como já visto, impõe uma restrição fundamental aos processos energéticos, isto é, não pode haver geração ou desaparecimento espontâneo de energia.

A segunda lei adiciona outras restrições, quanto ao comportamento e ao modo de utilização das transformações energéticas.

Vamos ao exemplo clássico da Figura 1 .Em (a) temos dois corpos isolados, um com temperatura maior TA (que chamamos corpo quente) e outro com temperatura menor TB (corpo frio). Se os dois corpos são colocados em contato entre si num sistema isolado como em (b) da figura, a experiência mostra que o calor passa do corpo quente para o corpo frio até que as temperaturas de ambos se estabilizem num valor de equilíbrio TE, como em (c) da figura.

Naturalmente, devemos ter TA > TE > TB. Observar que, se o processo fosse inverso, isto é, se o calor passasse do corpo frio para o quente (aumentando a temperatura do quente e diminuindo a do frio), não haveria nenhuma violação da primeira lei (a mesma quantidade de calor retirada de um é adicionada ao outro). Mas isso nunca acontece. Assim, podemos dizer que:
Espontaneamente, o calor só pode passar de um corpo de temperatura mais alta para outro de temperatura mais baixa. E este é um dos enunciados da segunda lei da Termodinâmica.

Outro exemplo comum da segunda lei é dado pela eficiência de uma máquina térmica.

Uma máquina térmica ideal (M) funcionaria como em (a) da Figura 02. Todo o calor Q1 de uma fonte quente (exemplo: a combustão de uma substância) seria transformado em trabalho W. Assim, W = Q1 e teríamos eficiência η = 1 ou 100 %. Mas é claro que isso nunca ocorre.

Uma máquina real opera como em (b) da mesma figura. Haverá sempre uma parcela de calor Q2 que é trocada com uma fonte fria (o próprio ambiente na maioria dos casos).

Portanto, a eficiência de uma máquina real é dada por η = (Q1 - Q2) / Q1. E o enunciado a seguir é outra forma da segunda lei:
É impossível converter todo o calor de uma fonte em trabalho. Sempre haverá uma parcela trocada com o ambiente.


E outros enunciados podem ser vistos. Por exemplo, a impossibilidade do moto-perpétuo de segunda espécie (uma máquina que aproveitaria o calor do próprio ambiente).

Transformações reversíveis e irreversíveis

Transformações termodinâmicas são processos que produzem alterações em variáveis que definem o estado termodinâmico de um corpo ou sistema.

A reversibilidade ou não de uma transformação é uma propriedade importante, que tem relação com a segunda lei.Como exemplo de transformação reversível, podemos citar o escoamento de um gás ideal em uma tubulação com um estrangulamento.

Naturalmente, é suposto que não há atritos nem trocas de calor através da parede do tubo.

Devido à redução de seção, o estado termodinâmico (ex: pressão, velocidade) do gás em 2 é diferente do estado em 1.

Passado o estrangulamento, como no ponto 3 da figura, o estado termodinâmico é o mesmo de 1, caracterizando a reversibilidade do processo.

Na Figura temos a troca de calor entre dois corpos com temperaturas diferentes TA > TB, já vista no tópico anterior.

Em (b) da figura os corpos são colocados em contato mútuo dentro de um sistema isolado.

Depois de algum tempo, a troca de calor termina e os corpos atingem uma temperatura comum de equilíbrio TE (TA > TE > TB), conforme indicado em (c) da figura.

Entretanto, conforme (d) da figura, se os corpos são afastados e fisicamente dispostos na mesma situação inicial (a), as suas temperaturas não retornam espontaneamente aos valores anteriores. Temos, portanto, uma transformação irreversível.

Processos práticos não são ideais e, portanto, sempre têm algum grau de irreversibilidade. Em geral, a irreversibilidade é atribuída a:

- forças de atrito (sólidos e fluidos).
- transferência de calor com diferença finita de temperatura.
- expansão ou compressão rápida de um fluido.
- expansão livre de um fluido.
- mistura espontânea de gases diferentes.

O conceito de entropia

A segunda lei da Termodinâmica pode ser vista de forma mais técnica através do conceito de entropia. É uma grandeza física, uma variável de estado termodinâmico definida por:

dS = dQ / T

Onde:dS: variação infinitesimal da entropia de um corpo.
dQ: quantidade infinitesimal de calor trocado com o corpo num processo reversível.
T: temperatura absoluta do corpo.

Assim, para dois estados termodinâmicos genéricos 1 e 2, a variação de entropia é dada por:

ΔS = S2 - S1 = 1,2 dQ / T •

Se o processo é irreversível, a variação de entropia deve ser entendida como a energia necessária para retornar o sistema ao seu estado original sob temperatura constante dividida por essa temperatura.

E, usando o conceito de entropia, a segunda lei pode ser dada por:

A variação da entropia de um sistema fechado não pode ser negativa. Se a transformação é reversível, a variação da entropia dos corpos envolvidos é nula. Se a transformação é irreversível, essa variação é positiva.

•Ciclo de Carnot
O ciclo de Carnot é o ciclo reversível constituído por dois processos isotérmicos (A-B e C-D) e dois processos adiabáticos (B-C e D-A). Por questões didáticas, a figura representa o ciclo de Carnot para um gás ideal, e percorrido em um certo sentido, embora qualquer substância possa ser levada a executar um ciclo de Carnot e o sentido possa ser invertido.

• A-B: Expansão isotérmica (T2 constante). O sistema recebe a quantidade de energia Q2 na forma de calor e realiza trabalho WAB contra a vizinhança.
• B-C: Expansão adiabática (T2 para T1). O sistema não troca energia na forma de calor, mas realiza trabalho WBC contra a vizinhança.
• C-D: Compressão isotérmica (T1 constante). O sistema perde a quantidade de energia Q1 na forma de calor e recebe trabalho WCD da vizinhança.
• D-A: Compressão adiabática (T1 para T2). O sistema não troca energia na forma de calor, mas recebe trabalho WDA da vizinhança.

É comum dizer-se que o sistema submetido ao ciclo de Carnot absorve a quantidade de energia Q2 de uma fonte quente (reservatório térmico à temperatura T2) e perde a quantidade de energia Q1 para uma fonte fria (reservatório térmico à temperatura T1). Para o ciclo completo u seja, W = Q = Q2 + Q1. Como Q1 < 0, já que representa energia que sai do sistema na forma de calor, explicita-se o sinal de Q1 substituindo-o por - Q1com este novo Q1 > 0. Assim, escrevemos:

W = Q = Q2Q1

Aqui, W é o trabalho total realizado pelo sistema contra a vizinhança: W = WAB + WBC + WCD + WDA

Hidrostática

O que é fluido?
Os estados da matéria podem ser divididos em sólidos e fluidos. Os sólidos tendem a ser rígidos, mantendo a forma, enquanto os fluidos tendem a escoar. Os fluidos incluem os líquidos, que fluem até ocupar as regiões mais baixas para preencher o recipientes, e os gases, que se expandem para encher os recipientes.

Os fluidos que existem na natureza sempre apresentam uma espécie de atrito interno, ou viscosidade. Substâncias como a água e o ar apresentam pequena viscosidade(escoam com facilidade), enquanto que outras substâncias, como a glicerina e o óleo apresentam viscosidade elevada.

O estudo da viscosidade é necessário para os fluidos em movimento (hidrodinâmica). Nesse capítulo desenvolveremos a parte da Física que se refere ao estudo dos fluidos em repouso, Hidrostática.

Densidade Absoluta ou Massa Específica

Densidade absoluta ou massa específica é a grandeza que dá a medida da concentração da massa de uma substância num determinado volume. Define-se densidade pela razão entre a massa da substância e o volume correspondente.

A unidade de densidade no Sistema Internacional (SI) é kg/m³, entretanto a unidade mais usual é g/cm³.

Relação entre kg/m³ e g/cm³

Sabendo que 1g = 1x10-3kg e 1cm³ = 1x10-6m³

Então 1g/cm³ = 1x103 kg/m³

exemplos:
dágua= 1g/cm³= 1x103 kg/m³
dHg= 13,6 g/cm³ = 13,6x103 kg/m³.

Pressão

Consideremos uma superfície de área S sobre a qual se distribui perpendicularmente um sistema de forças cuja resultante é F.

Define-se a pressão média na superfície considerada como sendo a relação entre a intensidade da força atuante F e a área S da superfície.

Para as situações que estudaremos, vamos considerar uma distribuição uniforme das forças atuantes, de modo que a pressão média coincida com a pressão em qualquer ponto.

Pressão é uma grandeza escalar, ficando, portanto, perfeitamente caracterizada pelo valor numérico e pela unidade, não apresentando nem direção e sentido

Matéria Nova

Começando o 3º trimestre já com matéria nova! Iremos colocar um resumo de forma que fique de fácil entendimento a todos e ainda colocaremos uma observação no final muito interessante, que ajuda no entendimento da nova matéria!


•Lei da Termodinâmica
Matéria dada dia: 23/08/2006

A termodinâmica estuda as relações entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico envolvendo um corpo ou um sistema de corpos.

Conceitos básicos:

1- Trabalho (w)

-> Grandeza física que provoca o consume de energia através de uma força que provoca um deslocamento.

W = F.D

No caso F e D possuem a mesma direção



2- Energia Interna (U)

-> Somatório de todas as energias de um sistema constituído por forças internas.Sua variação (delta U) depende da variação da temperatura (delta T).

Se:
delta T > 0 ; delta U > 0
delta T = 0 ; delta U = 0
delta T < 0 ; delta U < 0



3- Calor

obs: Já foi estudado!

-> Energia térmica em trânsito.

Q = m.c.delta T
Q = m.Cv.delta T => C = calor molar = Q/n.delta T

Cv DIFERENTE Cp
Cv -> calor molar a volume constante
Cp -> calor molar a pressão constante


* Trabalho realizado por um gás!

w = trabalho mecânico
p = pressão do gás
delta V = variação do volume


W gás = F gás x d
W gás = P x A x d obs: A x d = área do êmbolo!

w = P x delta V => em uma transportação isobárica!


* Convenções!

w > 0 => delta U > 0

gás realiza trabalho sobre o meio externo -> expansão


w < 0 => delta U < 0

meio reliza trabalho sobre o gás -> compresão



* Primeira Lei da Termodinâmica

É um princípio de conservação: o saldo energético é o balanço entre calor trocado e trabalho realizado!


Em linguagem matemática:

delta U = Q - W
W > o => delta V > 0 -> pelo gás
W < o => delta V < 0 -> sobre gás
W = o => delta V = 0 -> isovolumétrica


Q > 0 -> ganho de calor
Q < 0 -> perda de calor


delta U > 0 -> delta T > 0
delta U < 0 -> delta T < 0
delta U = 0 -> delta T = 0 (isotérmica)

Obs.:

* Aprendendo brincando! =)


No intuito de aprendermos a matéria de uma forma descontraída,
resolvemos postar aqui uma música que a integrante Fabiana do blog criou.


“Eu tenho uma fórmulinha que se chama DELTA U,
DELTA U,DELTA U.......
é CALOR (Q) menos TRABALHO (W)
DELTA U,DELTA U....
é energia pra ca*****...ramba!!!!!!!”

Gabarito da Prova

•Gabarito da Prova do 2º trimestre

1- Po,Pf = pressão => n/m² ou atm
Vo,Vf = volume => m³ ou L
To,Tf = temperatura => K

2- n=2 t=100k v=8,2L p=? R=0,082

P.v = n.r.t => p = n.r.t/v
p = 2 x 0,082 x 100/ 8,2
p = 2,0atm

3- Po.Vo = Pf.Vf (t=cte)
Pf < Po => Vf > Vo
Logo,se tiver ar no pulmão ele vai se expandir, podendo desionar o pulmão.

4- To = 27graus Celsius => 300 K (trivial)
Po = Pf = 2 atm
Vo = V
Vf = 2V

Po.Vo/To = Pf.Vf/Tf => V/300 = 2V/Tf
Tf = 300 x 2 = 600 K

5- Pv = n.r.t
n = pv/t => n = 3 x 10 x 0,83/0,83 = 830/8,3 = 100 mol

6- Monoatômico
moléculas obedecem leis de Newton
energia se conserva

7- Po.Vo = Pf.Vf (t=cte)
4Po = 8Pf
Po/Pf = 8/4 = 2 Pf = Po/2

A Prova

A prova foi feita a partir dos exercícios dados em sala de aula, tendo como mais difíceis as questões de teoria para alguns!
Futuramente colocaremos o gabarito da prova para que todos possam tirar dúvidas!

Gratos pela atenção...

Gases Ideais

•Gases ideais
Matéria dada dia: 28/06/2006

Objetivo:
Observar a dependência do volume com a pressão, mantendo a temperatura constante.

Teoria:

Pressão (P), Volume (V) e Temperatura (T) são quantidades macroscópicas que caracterizam um gás em equilíbrio termodinâmico.

Mantendo a quantidade de matéria, massa ou número de moles, constante pode-se determinar uma relação entre P, V e T do gás em estados de equilíbrio diferentes.

Esta relação é chamada lei dos gases perfeitas ou ideais, expressa por:

P1.V1/T1 = P2.V2/T2 ou P.V/T = constante


Onde os sub índices 1 e 2 representam dois estados de equilíbrio distintos do gás. Esta lei indica que a relação ( PV/T ) não varia quando o número de partículas do gás não se altera.

Para a maioria dos gases a baixa pressão a constante expressa na relação acima é igual ao número de moles (n) multiplicado pela constante universal dos gases ideais (R), que vale 0,82 atm l/mol K ou 8,375 J/mol K no sistema internacional.

Assim chega-se a relação conhecida como lei de Clapeyron.:

PV = n R T

Um gás pode passar de um estado de equilíbrio para outro de várias maneiras diferentes. Em termos didáticos, procura-se manter fixa uma variável termodinâmica estudando o efeito nas outras duas. Quando a pressão é mantida constante chama-se o processo de transformação isobárica. Variando a Temperatura e a pressão e mantendo o volume fixo tem-se uma transformação isocórica. Finalmente, não havendo mudança na temperatura a transformação é chamada isotérmica. Lembrar que o número de partículas é sempre mantido inalterado.

Obs.:

[P]= N/m²= Pa [P]= atm

[V]= m³ [V]= L

[T]= K [T]= K

Dilatação dos Líquidos

•Dilatação dos Líquidos
Matéria dada dia: 07/06/2006

Consideremos um líquido contido em um recipiente sólido, a dilatação realmente sofrida pelo líquido é igual a soma da dilatação aparente do líquido com a dilatação volumétrica do recipiente. Assim, temos:

Delta V real = delta V aparente - delta V recipiente

Onde,

delta V real = gama real.Vi.delta T (dilatação real do líquido)
delta V ap = gama ap.gama ap.Vi.delta T (dilatação aparente do líquido)
delta V recip = gama recip.gama recip.delta T(dilatação volumétrica do recipiente)


Concluímos que:

gama real = gama ap + gama recip.

Dilatação Térmica

•Dilatação térmica
Matéria dada dia: 24/05/2006

Geralmente o aumento da temperatura de um sólido, provoca um aumento de suas dimensões, enquanto uma diminuição de temperatura provoca uma contração.

Podemos considerar três casos importantes:

a) Dilatação Linear (Comprimento)

É aquela que acontece em uma única direção, notemos que

delta L = Lo.alfa. delta T
Lf = Li(1+alfa.delta T)

Onde:
Lo = comprimento inicial
Lf = comprimento final
delta L = variação de comprimento
delta T = variação de temperatura
alfa = coeficiente de dilatação linear


b) Dilatação Superficial (área)

É aquela que acontece em duas direções, ou seja, em superfícies, notemos que

delta S = Si.beta. delta T
Sf = Si (1+alfa.delta T)


Onde:
So = área inicial
Sf = área final
delta S = variação de área
delta T = variação de temperatura
Beta = coeficiente de dilatação superficial


c) Dilatação Volumétrica (volume)

É aquela que acontece em três dimensões, notemos que:

delta V = Vi.gama.delta T
Vf = Vi (1+ gama.delta T)


Onde:
Vi = volume inicial
Vf = volume final
delta V = variação de volume
delta T = variação de temperatura
gama = coeficiente de dilatação volumétrica


É importante lembrar que:

Beta = 2.alfa
Gama = 3.alfa

Calor e Mudança de Fase

•Calor e mudança de fase
Matéria dada dia: 10/05/2006

* Equação do calor na mudança de fase!

Calor Latente: é a função das características da substância para cada mudança de estado sofrida. Durante uma mudança de fase, nesse caso, a temperatura é mantida constante.

Q = M.L

Onde:

Q = quantidade de calor trocada durante a mudança de fase (cal)
M = massa do corpo (g)
L = calor latente de mudança de fase (cal/g)


Mudanças de Fase: Ao fornecer ou receber calor uma substância pode passar de uma fase a outra.

Essas mudanças de fase são chamadas de:
a) Fusão: é a passagem de uma substância da fase sólida para a fase líquida.
b) Solidificação: é a passagem da fase líquida para a fase sólida.
c) Vaporização: é a passagem da fase líquida para a fase gasosa.
d) Condensação ou liquefação: é a passagem da fase gasosa para a fase líquida.
e) Sublimação: é a passagem direta da fase sólida para a fase gasosa ou da fase gasosa para a fase sólida.



* Para qualquer substancia pura!


L ebulição > L fusão L ebulição = - L condensação


---> (fornece calor)
<--- (perde calor)

Gráfico

Gráfico de Linhas

Trabalho no Laboratório de Física

Gráfico - MATÉRIA: Relações entre Grandezas

SÍNTESE – A Temperatura dos Animais

Répteis são animais de sangue frio e a temperatura d sangue oscila em função do calor e do frio. A temperatura dos Répteis ainda depende do meio ambiente. Eles não possuem sangue quente como os Pássaros e os Mamíferos e gostam de aquecer-se ao sol. As serpentes, os lagartos e os crocodilos apreciam muito o calor do sol. Já os Anfíbios preferem a penumbra e locais úmidos, e os Répteis locais secos. Os peixes são animais pecilotérmicos e, por isso, são menos adaptáveis à temperatura do que os Mamíferos. Assim o metabolismo do animal (o peixe) varia conforme a temperatura do ambiente. Todas as atividades fisiológicas do peixe, como alimentação, digestão, respiração, excreção e até mesmo o crescimento são influenciadas por esse fator. Sabe-se que existe um aumento de atividade metabólica dos peixes à medida que existe um aumento na temperatura do ambiente aonde estão.

Por isso, peixes tropicais como o pacu, matrinxã, piauçu e tambaqui, apresentam sintomas de hiporexia e até mesmo anorexia e diminuição de crescimento nas épocas mais frias do ano, se estão fora da região de seu habitat natural. Além disso, tornam-se muito mais suscetíveis às doenças infecciosas e parasitárias, pois ficam imunodeprimidos devido à diminuição de seu metabolismo. Logicamente, temperaturas muito altas também podem causar danos e até mesmo mortalidade nos animais. Temperaturas extremas também podem causar danos e até mesmo a mortalidade dos animais.

PRIMEIRO TRABALHO DE FÍSICA-

ENUNCIADO - Elabore uma síntese sobre a temperatura dos animais, e pegue uma notícia sobre o aquecimento global.


NOTÍCIA - Terça-feira, 17 de Agosto de 2004

Chuva devastadora na Inglaterra
Imagens impressionantes da chuva na Inglaterra. Uma pequena cidade ficou quase submersa depois de horas de tempestade. Quinze pessoas ainda estão desaparecidas.

Carros amontoados no meio da rua e até em cima das árvores. Hoje tem ruínas, casas destruídas tomadas pela lama. Moradores de uma pequena cidade histórica e de pescadores do litoral sul da Inglaterra passaram o dia hoje envolvidos na limpeza e de recuperação das coisas parcialmente destruídas pela força das águas.
Os cinegrafistas amadores registraram os momentos mais dramáticos da enchente provocadas por sete horas de chuvas torrenciais. Nas duas ruas principais, a correnteza atingiu uma velocidade de 65 km/h e arrastou dezenas de carros, alguns foram empurrados até o mar. Muita gente precisou subir nas árvores e nos telhados das casas para guardar pelo socorro.

Neste verão na Europa, os ambientalistas têm denunciado que o aquecimento global pode trazer conseqüências desastrosas às cidades do litoral.

Fonte: www.globo.com/jornaldaglobo

Física 2 (Novo Blog)

Nós (Desiree, Fabiana, Luana e Karen) estamos fazendo esse site para a materia de Física 2. Bjuxx