biofísica - termodinâmica
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Slides de Termodinâmica - BiofísicaTRANSCRIPT
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TERMODINMICA
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No incio, ocupou-se do estudo
dos processos que permitiam
converter calor em trabalho
calor fora,
movimento
TERMODINMICA Termodinmica: Cincia
do calor, do trabalho e das propriedades das substncias que esto relacionadas com calor e trabalho.
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Sistema termodinmico
Uma certa poro de matria, que
pretendemos estudar, suficientemente
extensa para poder ser descrita por
parmetros macroscpicos.
Vizinhana do sistema
Aquilo que exterior ao sistema e com
o qual o sistema pode, eventualmente,
trocar energia e/ou matria.
Fronteira Superfcie fechada, real (uma parede,
uma membrana, etc) ou abstracta
(imaginada por ns), que separa o
sistema da sua vizinhana.
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Transferncia de energia de um meio quente para um meio frio.
Sempre da temperatura mais alta para a mais baixa (Segunda Lei da Termodinmica)
A transferncia de energia termina quando os
dois meios atingem a mesma temperatura.
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Calor a forma de energia que pode ser transferida de um corpo para outro unicamente como resultado da diferena de temperatura.
Taxa de transferncia de energia = (Energia/Tempo)
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TRABALHO: uma transferncia de energia que pode
causar um movimento contra uma
fora que se ope a esse movimento
(w).
CALOR: Transferncia de energia devida a uma diferena de temperatura
entre o sistema e as vizinhanas (q).
TRABALHO E CALOR
UNIDADE: [J] = kg.m2.s-2
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Calor sensvel: o calor causa uma variao da
temperatura do sistema - variao da energia cintica
(Haq).
Calor latente: o calor no causa variao da
temperatura do sistema - variao da energia potencial
(Htr).
tempo
Tem
per
atu
ra
Htr
Haq
Haq
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Determina que, quando dois sistemas em equilbrio termodinmico tm igualdade de temperatura com um terceiro sistema tambm em equilbrio, eles tm igualdade de temperatura entre si.
Estabelece o que vem a ser um sistema em equilbrio termodinmico: dado tempo suficiente, um sistema isolado atingir um estado final - o estado de equilbrio termodinmico - onde nenhuma transformao macroscpica ser observada.
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Equilbrio trmico Valor uniforme da temperatura (contacto trmico entre sub- sistemas)
Equilbrio mecnico Valor uniforme da presso (no caso de gases).
Equilbrio qumico Valor uniforme das concentraes qumicas.
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Princpio da conservao da energia.
Esse princpio assegura que a energia uma propriedade termodinmica.
A energia em um sistema pode manifestar-se sob diferentes formas como calor e trabalho.
A energia pode ser interconvertida de uma forma para outra, mas a quantidade total de energia do universo, isto , sistema mais meio externo, conserva-se.
A ENERGIA INTERNA DE UM SISTEMA ISOLADO CONSTANTE
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Entalpia a quantidade de energia em uma determinada reao.
Podemos calcular o calor de um sistema atravs da variao de entalpia (H).
A variao da Entalpia est na diferena entre a entalpia dos produtos e a dos reagentes, sendo assim, o calor de uma reao corresponde ao calor liberado ou absorvido em uma reao, e simbolizado por H.
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Htotal = H final H inicial
A variao da entalpia depende da temperatura, presso, estado fsico, nmero de mol e da variedade alotrpica (capacidade de um elemento qumico formar duas ou mais substncias simples diferentes) das substncias.
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Estado padro: a substncia est
pura a 1bar de presso
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A Segunda Lei da Termodinmica assegura que a energia possui qualidade bem como quantidade, e que os processos reais ocorrem na direo da diminuio da qualidade da energia.
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uma regio do espao ou uma quantidade de matria a ser estudada.
Existem trs tipos de Sistemas: Fechado Aberto Isolado
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Sistema
isolado No troca energia nem matria
com a sua vizinhana.
Sistema
fechado No troca matria com a sua
vizinhana (pode trocar energia).
Sistema
aberto Troca matria com a sua
vizinhana.
Paredes mveis
(contrrio: fixas)
Permitem transferncia de
energia na forma de trabalho
mecnico.
Paredes diatrmicas
(contrrio: adiabticas) Permitem transferncia de
energia na forma de calor.
Paredes permeveis
(contrrio: impermeveis) Permitem transferncia de
matria.
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Pisto
Peso
Gas
Sistema (sistema fechado) MASSA no cruza a fronteira do sistema indicada pela linha tracejada.
A MASSA est indicada pela rea cinza
A fronteira pode se mover (o pisto pode ir para frente e para traz)
Fronteira
do Sistema
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Exemplo: Gs contido num cilindro
com uma parede mvel
Parede mvel (mbolo)
Superfcie lateral do
cilindro
Base do cilindro
+
+
Fronteira: paredes do
recipiente
Sistema: gs num
recipiente de parede
mvel
Vizinhana: ar exterior
ao recipiente
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Sistema Aberto A fronteira geralmente no se move.(pode mover-se).
Massa e energia cruzam a fronteira.
A rea de interesse apenas a regio dentro da fronteira (linha tracejada).
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um sistema fechado onde nem energia nem massa cruzam a fronteira.
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Grandeza que se mede com um termmetro.
A temperatura lida no termmetro ao fim de um certo tempo (tempo de relaxao), quando A e B atingirem o equilbrio trmico.
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Relao entre escalas de temperatura Celsius e Kelvin
Escala Kelvin:
15,273)()( CtKT
Escala Celsius:
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Sistema
Q
T T+T
dTQ
TQ
CT
0lim
Capacidades Trmicas
Quantidade de calor que necessrio fornecer ao sistema (lentamente), para que a temperatura do sistema aumente de 1 kelvin.
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Presso: fora por unidade de rea independente da orientao da superfcie foras de presso sempre perpendiculares superfcie
dAdF
p
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A equao de van de Waals (vdW) uma equao de estado (um modelo) para gases compostos de partculas que tem um volume diferente de zero e foras de interao (atrativas e repulsivas).
A equao foi desenvolvida por Johanner Diderik van der Waals em 1873, baseado em uma modificao da lei dos gases ideais.
A equao tem uma aproximao melhor para comportamento de gases em condies que ocorrem interaes entre as partculas.
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onde P a presso do gs, a a medida da atrao entre as partculas, V o volume do gs, b representa o volume excludo pelas partculas, R a constante universal dos gases e T a temperatura (absoluta, em Kelvin). O valor de b est ligado ao raio atmico da partcula considerada, pois trata do volume excludo.
RTbvv
aP
2
v
F
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Wmximo = Wreversvel
1. O sistema realiza trabalho mximo quando a presso for mxima;
2. A presso externa nunca pode ser igual ou maior do que a interna, num trabalho de expanso;
3. O trabalho mximo obtido quando a presso externa somente infinitesimalmente menor do que a presso interna;
4. A presso interna (do gs) num trabalho de expanso no constante.