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� Estados e processos.
� Sistemas hidrostáticos.
� Diagramas de estado para
substâncias puras.
� Equações de estado.
Sistemas termodinâmicos simples
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Equilíbrio termodinâmico
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� Equilíbrio termodinâmico:
� Equilíbrio mecânico: não há forças desbalanceadas atuando em
qualquer parte do sistema ou no sistema como um todo.
� Equilíbrio térmico: não há diferenças de temperatura entre as partes
do sistema ou entre o sistema e as suas vizinhanças.
� Equilíbrio químico: não há reações químicas ocorrendo dentro do
sistema e não ocorre movimento de qualquer componente de uma
parte do sistema para outra.
Heat and Thermodynamics, Zemansky
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� Estado de equilíbrio: valores bem definidos e constantes (não variando com
o tempo) das coordenadas termodinâmicas.
� Sistema isolado: sistema não influenciado de forma alguma pela interação
com as suas vizinhanças.
� Mudança de estado: alteração das coordenadas termodinâmicas, de forma
espontânea ou por influência externa.
� As mudanças de estado ocorrem sempre que um sistema tem seu estado de
equilíbrio perturbado, até que um novo estado de equilíbrio seja alcançado.
� Não-equilíbrio: Se as condições de equilíbrio não forem satisfeitas, os
estados atravessados pelo sistema não poderão ser descritos em termos de
coordenadas termodinâmicas correspondendo ao sistema como um todo.
Equilíbrio termodinâmico
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Heat and Thermodynamics, Zemansky
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Equilíbrio termodinâmico
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http://universe-review.ca/R13-09-thermodynamics.htm
Equilíbrio global Equilíbrio local Desequilíbrio
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� Quando as coordenadas termodinâmicas do sistema são alteradas, o estado do sistema
muda e diz-se que ocorreu um processo.
� Se o processo é conduzido de forma tão lenta que em cada instante o sistema está
apenas infinitesimalmente separado de um estado de equilíbrio, o processo é chamado
de quase-estático.
� Assim, um processo quase-estático aproxima-se muito de uma sucessão de estados de
equilíbrio.
� Se ocorrerem separações finitas com relação aos estados de equilíbrio, o processo é chamado
de não-quase-estático.
� Um processo cujo sentido pode ser revertido por uma alteração infinitesimal em uma ou
mais coordenadas termodinâmicas do sistema é chamado de reversível.
� Processo reversíveis são necessariamente quase-estáticos, mas um processo quase-estático
pode ser irreversível (quando há efeitos dissipativos, por exemplo).
Processos
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Thermodynamics…, Sears & Salinger
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� Exemplos de processos quase-estáticos:
� Aquecimento com diferenças infinitesimais de temperatura
entre o sistema e as vizinhanças.
� Expansão com diferenças infinitesimais de pressão entre o
sistema e as vizinhanças.
Processos
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� Estados de equilíbrio e processos quase-estáticos são
representados graficamente por diagramas de estados.
� Estados de equilíbrio são representados por pontos.
� Processos quase-estáticos são representados por linhas
ligando dois estados.
Diagramas de estados
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� Encontra-se experimentalmente que as coordenadas termodinâmicas de um
sistema não podem assumir valores arbitrários e independentes.
� As coordenadas termodinâmicas de um sistema são relacionadas por meio
de equações de estado.
Equações de estado
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, , ,...,( ) 0X Y Zf θ =
� Exemplos de equações de estado:
Pv R= θ Gás ideal
2( )
aP
vbv R
+ − =
θ Gás de van der Waals
HM C=
θLei de Curie (materiais paramagnéticos)
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� Qualquer sistema com massa constante que exerça sobre as suas vizinhanças uma
pressão uniforme, na ausência de efeitos gravitacionais, superficiais, elétricos ou
magnéticos, é chamado de sistema hidrostático.
� Tipos de sistemas hidrostáticos:
� Substâncias puras.
� Misturas homogêneas (uma única fase).
� Misturas heterogêneas (mais de uma fase).
� Os sistemas hidrostáticos são descritos por apenas três coordenadas termodinâmicas:
� Pressão (P).
� Volume (V) ou volume específico (v).
� Temperatura (θ).
� Equações de estado para sistemas hidrostáticos:
Sistemas hidrostáticos
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Heat and Thermodynamics, Zemansky
, ,( ) 0P vf θ =
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� A equação de estado de um sistema hidrostático define a equação de uma
superfície tridimensional.
� Exemplo:
� Gás ideal.
Superfícies Pvθθθθ
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http://web.inc.bme.hu/csonka/csg/oktat/english/gaslaws.htm
Pv R= θ
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Substâncias puras
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Van Wylen & Sontag
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Substâncias puras
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
Fundamentos da Termodinâmica Clássica, Van Wylen & Sontag
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Substâncias puras
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html
� Mudanças de fase:� Exemplo: Vaporização da água.
� Curva de pressão de vapor:
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Substâncias puras
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html
� Mudanças de fase à temperatura constante:
� Isotermas em um diagrama PV.
A: vapor insaturado.
AB: compressão isotérmica.
B: vapor saturado.
BC: condensação isotérmica e isobárica
C: líquido saturado.
CD: compressão isotérmica.
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Substâncias puras
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http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html
� Mudanças de fase à pressão constante:
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Diagrama Pθθθθ para a água
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http://math.nyu.edu/~gladish/teaching/eao/week2.html
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Diagrama Pθθθθ para o CO2
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http://www.teamonslaught.fsnet.co.uk/co2_info.htm
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Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
Comportamento supercrítico do CO2
http://www.crystecpharma.com/index.php?id=23
http://www.absoluteastronomy.com/topics/Supercritical_fluid
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Comportamento supercrítico do CO2
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
http://www.youtube.com/watch?v=yBRdBrnIlTQ&feature=fvw
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Diagrama Pθθθθ para o carbono
Termodinâmica – 2010/02 Prof. Jair C. C. Freitas –Depto. de Física / UFES
http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon
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Diagramas de fases em equilíbrio
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Ferro Sílica (SiO2)
http://www.nature.com/nature/journal/v412/n6844/full/412290a0.htmlhttp://www.quartzpage.de/gen_mod.html
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Bibliografia e links sugeridos:
� “Calor e Termodinâmica”, M. W. Zemansky, 5a ed., Guanabara Dois, Rio de
Janeiro, 1978.
� “Termodinâmica, Teoria Cinética e Termodinâmica Estatística”, F. W. Sears &
G. L. Salinger. Guanabara Dois, Rio de Janeiro, 1979.
� “Fundamentos da Termodinâmica Clássica”, G. Van Wylen & R. E. Sontag,
Edgar Blücher, 1976.
� “The International Temperature Scale of 1990”, H. Preston-Thomas,
Metrologia 27, 3-10 (1990).
� http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node12.html.
� http://web.mit.edu/16.unified/www/FALL/thermodynamics/notes/node61.html.
� http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid.
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