Termodinâmica: guia de estudo

Ideias principais

A termodinâmica acompanha calor, trabalho e energia interna. A primeira lei é a conservação da energia, a segunda diz que máquinas térmicas não podem ser perfeitamente eficientes, e as temperaturas devem estar em kelvin.

• A lei dos gases ideais PV = nRT relaciona pressão, volume, quantidade e temperatura absoluta. Use sempre kelvin (K = °C + 273,15).
• O calor para mudar a temperatura é Q = mcΔT. Uma mudança de fase absorve calor a temperatura constante: Q = mL.
• A primeira lei é ΔU = Q − W, em que W é o trabalho realizado pelo sistema.
• Nenhuma máquina entre T_h e T_c supera o rendimento de Carnot 1 − T_c ÷ T_h. A entropia de um sistema isolado nunca diminui.

Equações principais

• PV = nRT
• Q = mcΔT
• ΔU = Q − W
• η_Carnot = 1 − T_c ÷ T_h
• ΔS = Q ÷ T
• P = kAΔT ÷ d

Exemplo resolvido

Uma máquina térmica opera entre 500 K e 300 K. O rendimento máximo (de Carnot) é 1 − 300 ÷ 500 = 0,40, ou 40 %. Se ela retira 1000 J da fonte quente por ciclo, pode realizar no máximo 400 J de trabalho e deve rejeitar pelo menos 600 J para a fonte fria.

Erros comuns

• Usar temperaturas em °C na lei dos gases ou na fórmula de Carnot. Elas exigem kelvin.
• Esquecer o sinal do trabalho: o trabalho realizado pelo gás é positivo em ΔU = Q − W, e o realizado sobre o gás é negativo.
• Tratar calor e temperatura como a mesma grandeza. Calor é energia transferida; temperatura mede a energia média das partículas.

Prática

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