Termodinâmica Mapas Mentais – Física

Mapa Mental sobre Termodinâmica: Conceitos Fundamentais e Leis

Transcrição do Mapa Mental sobre Trabalho (w)
Parte da física que estuda as leis que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de energia mais especificamente a transformação de energia em outra e a disponibilidade de energia para realização de trabalho e a direção das trocas de calor.

w = F.d
constante
P.A.d
isobárica

w = p.∆v
w ↔ ∆v
∆v > 0 → expansão → w > 0 → pelo gás
∆v < 0 → contração → w < 0 → sobre o gás
∆v = 0 → isocórica → w = 0

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Calor (Q)
Q > 0 → calor recebido
Q < 0 → calor cedido
Q = 0 → sistema isolado

Transformação adiabática:
→ instantânea
→ sem troca de calor com o meio externo

Transformações:
Isobárica: pressão constante
Isométrica ou Isocórica: volume constante
Isotérmica: temperatura constante

Energia Interna
Somatório de todas as energias moleculares de um gás
Monoatômico: U = 3/2.n.R.T

Gases Perfeitos
Clapeyron
P.V = n.R.T
P = Pressão
V = Volume
n = mol
T = Temperatura
R = constante universal
P = F/A
R = 0,082 atm.L/mol.K
Pa (Pascal)
R = 8,31 Pa.m³/mol.K
1atm = 10⁵ Pa = 1,01325

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Mapa Mental sobre Termodinâmica com Leis e Fórmulas

Transcrição do Mapa Mental sobre Termodinâmica

Termometria

Temperatura	°C	K	°F
Fusão	0	273	32
Ebulição	100	373	212

Dilatação
Linear: ΔL = α L₀ ΔT
Superficial: ΔS = β S₀ ΔT
Volumétrica: ΔV = γ V₀ ΔT
β ≅ 2α
γ ≅ 3α
ΔVr = ΔVap + ΔVrec

Calorimetria

Calor Latente: L = Q/m

Capacidade calorífica
C = Q/ΔT

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Calor específico
c = Q/(mΔT)

Transferência de calor por condução
ϕ = ΔQ/Δt = k A (T₂ – T₁)/x

Estudo dos gases
Lei Geral dos gases perfeitos: P₀V₀/T₀ = PV/T
Equação de Clapeyron: PV/T = nR

Leis da Termodinâmica
ΔQ = T + ΔEl

Transformação:
Isobárica: T = p · ΔV
Isotérmica: T = ΔQ
Isométrica: ΔEi = ΔQ, T = 0
Adiabáticas: ΔEi = -T
Cíclica: T = ΔQ = Q1 – Q2

Rendimentos
η = Pu/Pt = (Q1 – Q2)/Q1 = 1 – Q2/Q1

Máquina de Carnot
Q2/Q1 = T2/T1 ⇒ η = 1 – T2/T1

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Mapa Mental sobre Termodinâmica e Suas Leis

Transcrição do Mapa Mental sobre Termodinâmica

1ª Lei:

Q = W + ΔU
Princípio da conservação da energia
- O calor fornecido vira trabalho e energia.

Calor:

Cede calor: -Q
Recebe calor: +Q
Adiabática: Q = 0

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Trabalho:

W = P . ΔV
- Expansão: +W
- Compressão: -W
- Isovolumétrica: W = 0

Variação de Energia:

Aumento da temperatura: +ΔU
Diminuição da temperatura: -ΔU
Temperatura constante: ΔT = 0; ΔU = 0

Transformação Cíclica:

Variação de energia é igual a zero
- Ciclo horário: +W (máq. térmica)
- Ciclo anti-horário: -W (máq. refriger.)

2ª Lei:

Rendimento (η) 100% é impossível
η = útil/total
- Qf = fonte fria
- Qq = fonte quente

Ciclo de Carnot:

Melhor rendimento teórico de uma máquina.
η = 1 – Tf/Tq
- Temperatura em Kelvin

Adiabática:

Não troca calor com o meio.
- Q = 0
- W + ΔU = 0
- Expansão: +W → -ΔU
- Compressão: -W → +ΔU

Isobárica:

Nada altera na fórmula: Q = W + ΔU

Isotérmica:

ΔU = 0
Q = W

Isovolumétrica:

W = 0

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Mapa Mental sobre Termodinâmica com Leis e Transformações

Transcrição do Mapa Mental sobre Termodinâmica

1ª Lei

Q = W + ΔU
Princípio da conservação de energia.
O calor fornecido vira trabalho e energia.

2ª Lei

O rendimento (η) 100% é impossível.
Rendimento:
- η = útil / total
- η = 1 – Qf / Qq

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Calor

Cedê calor: Q
Recebe calor: +Q
Adiabática: Q = 0

Trabalho

W = P . ΔV
Expansão: +W
Compressão: -W
- Neleu: W = 0 (isovolumétrica).

Variação de Energia

Aumento da temperatura: +ΔU
Diminuição da temperatura: -ΔU
Temperatura constante: ΔT = 0, ΔU = 0

Transformação Cíclica

Variação de energia: ΔU = 0
Ciclo horário = W (máq. térmica).
Ciclo anti-horário = -W (máq. refrigeração).

Ciclo de Carnot

Melhor rendimento teórico de uma máquina.
η = 1 – Tf/Tq
- Tf = temp. em Kelvin (fria).
- Tq = temp. em Kelvin (quente).

Adiabática

Não troca calor com o meio.
Q = 0
U: ΔU + W = 0
Expansão: +W → -ΔU
Compressão: -W → +ΔU

Isobárica

P não altera na fórmula: Q = W + ΔU

Isotérmica

ΔU = 0, Q = W

Isovolumétrica

W = 0, ΔQ = ΔU

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Mapa Mental sobre Primeira Lei da Termodinâmica: Conceitos e Fórmulas

Transcrição do Mapa Mental sobre 1ª Lei da Termodinâmica

Conceito
Não se perde ou ganha energia em um sistema só se transforma
(Princípio da Conservação de energia)

Calor
Transferência de energia, resultante da diferença de temperatura entre dois sistemas.
Q>0 → calor entra
Q<0 → calor sai

Fórmulas
Q = ∆U + W
U = 3/2 . mRT
PV = mRT
P₁.V₁/T₁ = P₀.V₀/T₀

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Q = calor
∆U = variação de energia interna
W = trabalho
U = energia interna
m = massa
T = temperatura
P = pressão
V = volume
R = constante dos gases ideais

Unidades mais comuns
Q = kcal/J/cal/kcal
∆U = J/cal
W = J
U = J/cal
T = °C
P = atm
V = L
R = 0,082 atm.L/mol.K
0,082 atm.L/mol.K

Energia Interna ∆U
energia total de um sistema

Conversão de temperatura
°C/5 = °K-273/5 = °F-32/9

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Mapa Mental sobre a 2ª Lei da Termodinâmica com Máquinas Térmicas e Entropia

Transcrição do Mapa Mental sobre 2ª Lei da Termodinâmica

Máquinas Térmicas:

Capazes de converter calor em trabalho.
Não transforma todo calor em trabalho.
Trabalho: Δ = Qq – Qf.
Fonte Quente = Qq. Fonte Fria = Qf.
Rendimento:
- η = W/Qq x 100. Percentual.

Enunciado de Kelvin-Planck:

“É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho.”

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Enunciado de Clausius:
- “O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor para outro de temperatura mais alto.”
- [Ilustração de fluxo de calor de frio para quente].
Entropia:
- Mede o nível de degradação da energia.
- Variação de entropia:
  - ΔS = ΔQ/T.
  - ΔS > 0: aumento da entropia.
  - ΔS < 0: redução da entropia.
Processos:
- Reversíveis: acontecem numa ordem direta ou inversa, onde não é permitido saber o que ocorreu antes ou depois.
- Irreversível: é possível distinguir o antes e o depois.
Refrigeradores:
- Máquinas térmicas reversíveis.
- Eficiência:
  - ε = Qf / (Qq – Qf).
Máquina de Carnot:
- É uma máquina térmica teórica de rendimento máximo.
- Rendimento:
  - η = 1 – T2/T1.