Trabalho. Termodinâmica é o ramo da física que investiga as leis e processos que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de transformações de energia, mais especificamente as mudanças de energia que a disponibilizem para a realização de trabalho.
Na termodinâmica, o trabalho tem um papel fundamental, pois ele pode ser considerado como o objetivo final da construção de uma máquina térmica. ... O trabalho é numericamente igual à área entre a curva do gráfico e o eixo do volume. U é a energia interna. R é a constante dos gases perfeitos (um valor dado).
O calor flui de forma espontânea do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. ... O calor e trabalho tem significado apenas enquanto ocorre transferência de energia para um sistema, somando -se ou subtraindo -se energia interna total.
Quando a pressão exercida sobre o sistema não for constante, o trabalho poderá ser calculado pela área do gráfico de pressão em função do volume (P x V).
A termodinâmica estuda o intercâmbio de energia entre sistemas macroscópicos, formados por um grande número de partículas, como os gases, fluidos e sólidos, recorrendo à análise de importantes grandezas físicas, como pressão, volume e temperatura.
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Conceitos básicos da Termodinâmica
No estudo da termodinâmica, é necessário definir com precisão alguns conceitos básicos, como sistema, fase, estado e transformação.
1ª Lei da termodinâmica: “Todas as formas de energia são mutuamente conversíveis”. E ainda: “A energia de um sistema fechado e isolado permanece constante”. Popularizado: “Na natureza nada se cria, Tudo se Transforma”. 2ª Lei da termodinâmica: “A fonte de calor superior fornece calor ao meio em busca do equilíbrio”.
Fórmula do trabalho
Para o calcular o trabalho de uma força devemos utilizar a fórmula T = F x d, em que: T – trabalho dado em joules; F – força dada em newtons; d – deslocamento do corpo dado em metros.
Durante a realização de um ciclo, o trabalho τ realizado pelo gás corresponde à soma algébrica dos trabalhos envolvidos em todas as etapas. No exemplo anterior, teríamos: τ = τ1 + τ2.
Assim como para os sistemas mecânicos, o trabalho do sistema será dado pelo produto da força aplicada no êmbolo com o deslocamento do êmbolo no cilindro: Assim, o trabalho realizado por um sistema, em uma tranformação com pressão constante, é dado pelo produto entre a pressão e a variação do volume do gás.
Calor é energia térmica em trânsito de um corpo para outro, devido, unicamente, a uma diferença de temperatura. O Calor passa para o meio ambiente.
Estratégias de ensino-aprendizagem
Falar em calor não é o mesmo que falar em temperatura. Ao medir a temperatura de algo, estamos calculando a média da energia cinética das partículas individuais. Calor, por sua vez, é a medida da quantidade total de energia que a substância possui.
Esse fato acontece pois um corpo de maior temperatura, ou seja, maior agitação térmica, transfere calor para o corpo de menor temperatura, ou seja, transfere energia térmica. A energia térmica em movimento (trânsito), provocada pela diferença de temperatura entre dois corpos, é denominada calor.
O trabalho de um gás em uma transformação isobárica pode ser calculado pelo produto entre a força e a variação de volume desse gás após ser submetido a uma fonte de calor. Um de seus temas de estudo é a transformação de calor (Q) em trabalho (τ) durante uma transformação gasosa. ...
Assim, o trabalho de um gás, sob pressão constante, pode ser calculado pelo produto da pressão pela variação de volume do gás. - Se o gás se expande, ΔV > 0. Assim, teremos τ > 0 e dizemos que o gás realiza trabalho; - Se o gás se contrai, ΔV < 0.
Logo, o trabalho de fronteira pode ser entendido como a área a abaixo da curva de um diagrama Pressão-Volume. Portanto, como o nosso gráfico trata-se de uma reta vertical, não há área abaixo da curva e o trabalho de fronteira é igual a zero.
O calor trocado associado ao ciclo é a diferença entre a quantidade de calor recebido por uma fonte chamada FONTE QUENTE (que se encontra a uma temperatura T) e a quantidade de calor cedido para uma fonte chamada FONTE FRIA (que se encontra a uma temperatura T< T). au = Q_1 - Q_2 au = Q_1 - Q_2.
A fórmula para calcular o rendimento das máquinas térmicas é a seguinte: A fórmula do rendimento também pode ser escrita em termos do trabalho realizado pela máquina. Nesse caso, o rendimento é calculado pela razão entre o trabalho e a quantidade de calor absorvida pela máquina.
Essa equação define a quantidade de calor (Q) que um corpo de massa (m) e calor específico (c) absorve ou libera para variar sua temperatura em certo valor (ΔT). Para calcular a quantidade de calor, basta isolar Q na equação acima, obtendo a expressão: Q = m.c.ΔT.
Quando uma força tem a mesma direção do movimento o trabalho realizado é positivo: >0; Quando uma força tem direção oposta ao movimento o trabalho realizado é negativo: <0. O trabalho resultante é obtido através da soma dos trabalhos de cada força aplicada ao corpo, ou pelo cálculo da força resultante no corpo.
Como se calcula o trabalho de uma força? Para calcularmos o trabalho exercido por uma força constante, é necessário que se multiplique o módulo dessa força pela distância percorrida e pelo cosseno do ângulo que é formado entre a força (F) e a distância (d).
Para calcular o valor do trabalho basta multiplicar o valor do potencial elétrico pela carga elétrica.
Existem quatro Leis da Termodinâmica: Lei Zero (associada ao conceito de temperatura), Primeira Lei (relacionada ao conceito de energia), Segunda Lei (associada ao conceito de entropia) e a Terceira Lei (relacionada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin se aproxima de zero).
As muitas máquinas que vemos diariamente como, por exemplo, o motor de uma geladeira ou um motor de um veículo automotivo, são máquinas térmicas, pois elas realizam o processo de conversão de calor em trabalho, operando sempre em ciclos como o descrito por Carnot.
A primeira lei da termodinâmica aplica o princípio de conservação de energia a sistemas em que a transferência de energia para dentro e para fora do sistema se dá pela transferência de calor e pela realização de trabalho.
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