UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS Termodinâmica Trabalho de fim de curso

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  UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS   Termodinâmica   Trabalho de fim de curso   Nayara Rodrigues   07/12/2017   O seguinte texto tem por objetivo apontar os conceitos da termodinâmica, suas leis e suas aplicações tecnológicas.  2 Sumário Termoquímica ............................................................................................................................. 3   Reações químicas: 1ª lei da Termodinâmica + Entalpia ............................................................ 3   Máquinas térmicas: 2ª lei da Termodinâmica + Entropia .......................................................... 4   Ciências dos Materiais ................................................................................................................ 4   Indústrias .................................................................................................................................... 4   Arquitetura .................................................................................................................................. 5   Cristalografia .............................................................................................................................. 5    3 Termoquímica Gases ideais  Não chega a ser um gás real, apenas um modelo ideal onde sua temperatura é alta e a  pressão é baixa, com partículas de tamanho menosprezável que apresentem força de ação elétrica nula. Sendo que essas ações só ocorrem quando há impacto entre partículas que  possuem elasticidade perfeita. Ao efetuarmos estudos levamos em conta que o gás é ideal, logo, quando ocorre uma variação de temperatura e volume a pressão do gás também sofrerá variações. Figura 1: Equação geral dos gases perfeitos Gases reais Compreendem todos os gases presentes na natureza desde que não estejam sob pressão e/ou temperaturas únicas se tornando gases aproximados, a fim de facilitar seus cálculos como ocorrem com os gases ideais. Gases reais não podem ser calculados ou explicados ou mesmo modelados utilizando as mesmas leis que se utiliza para gases ideais. Valem ressaltar que os gases nobres possuem partículas que apresentam comportamento semelhante ao dos gases ideais, apenas esses gases. Para realizarmos cálculos adequados quanto aos gases reais contamos com as seguintes equações: Equação do virial, de van der Waals, de Dieterici e de Berthelot. Também se calcula o coeficiente de compressibilidade Z para inferir o quanto os gases reais não são ideais. Reações químicas: 1ª lei da Termodinâmica + Entalpia Também conhecida como Lei da Conservação da Energia estabelece que a energia não  possa ser destruída nem criada e sim convertida, geralmente em calor. Existe energia térmica, radiante, cinética, potencial, etc., que podem ter suas conversões relacionadas com trabalho. Por exemplo, uma lâmpada incandescente quando acesa libera energia radiante, energia cinética e após algum tempo energia térmica, ao apagar aquela lâmpada ainda após um tempo a energia e cinética serão convertidas em energia térmica que será absorvida e convertida novamente visto que a energia não pode ser destruída. Muitas situações termodinâmicas envolvem reações químicas, como a oxidação de combustíveis baseados em hidrocarbonetos, reações do corpo humano ao transformar os alimentos ingeridos (açúcares, gorduras, carboidratos) em energia, por exemplo. Grande parte das reações químicas é acompanhada de pela absorção ou pela liberação de calor que pode ser inferida com a entalpia. Uma reação endotérmica ocorre quando há a necessidade de absorver calor para que ocorra, enquanto a exotérmica há a necessidade de liberar calor.  4 Entalpia pode ser compreendida como uma grandeza física que infere a energia máxima em um sistema termodinâmico em forma de calor. Eis a fórmula para se calcular a entalpia absoluta: Figura 2: Fórmula da Entalpia Absoluta Máquinas térmicas: 2ª lei da Termodinâmica + Entropia A segunda lei da Termodinâmica prevê que as diferenças (temperatura, densidade,  pressão) tendem a se equalizar ou igualar, principalmente a temperatura alcançando uma temperatura uniforme. Com base nisso e na informação que uma máquina térmica gera trabalho apenas se houver diferença de temperatura (Figura 03), entende-se que para manter a máquina em constante atividade é necessário que seja alimentada com energia exterior. A segunda Lei também diz que trabalho pode ser transformado totalmente em calor, mas que calor (energia térmica) não pode ser totalmente transformado em trabalho. Nesse caso aplica-se a entropia que é uma riqueza da termodinâmica que busca inferir a parte da energia que não pode ser convertida em trabalho, a irreversibilidade de um sistema. Podendo ser identificada pela unidade Joules por Kelvin (J/K) Ciências dos Materiais Diretamente relacionada com a termodinâmica aplicada sendo a base da engenharia dos materiais, busca obter novos tipos de materiais que possuam propriedades físicas e químicas definidas, levando em conta que processos de produção de novos tipos de materiais são possíveis através da transferência de calor e trabalho das matérias primas compreende-se a importância da termodinâmica relacionada.  Novas ligas de metais mais resistentes foram criadas por conta da termodinâmica, as  peças de cerâmica passam por processos de cozimento que por vezes passam dos 1.000°C e  possuem grande importância econômica visto que no Brasil a maioria dos telhados e casas é construída com telhas e tijolos de cerâmica. Indústrias Pressão, volume, temperatura, número de mols. São algumas das variáveis utilizada em termodinâmica para descrever transformações de matéria. Nas indústrias, podemos citar as siderúrgicas que fornecem calor a um determinado metal até que ele mude seu estado físico  possibilitando que seja moldado conforme é necessário. A indústria de laticínios também  5 utiliza processos com uso de calor para pasteurizar seus produtos que são comercializados em todo o mundo. Retornando ao período da Revolução Industrial onde a mão de obra humana foi substituída por maquinários movidos 100% à base de calor, seja nas caldeiras de trens ou navios, e até mesmo a utilização do carvão para movimentar máquinas da indústria têxtil por exemplo. A questão é que sem a termodinâmica não haveria desenvolvimento inicial muito menos a modernização das produções que possibilitaram que se produzisse em grande escala com um gasto menor de tempo e principalmente de mão de obra, movimento a economia e aumentando os lucros. Figura 3: Uma máquina térmica pode transformar calor em energia (ou trabalho), e funcionam com duas fontes, uma quente e uma fria, sendo que o calor passa da fonte quente para a fonte fria, parte é transformada em energia que movimenta o maquinário, como esquematizado acima.   Arquitetura A planta e as formas como uma casa é construída são sempre elaboradas visando à troca de energia entre organismo e ambiente, buscando ainda o aproveitamento de energia solar seja para aquecer a água de banho ou mesmo produzir energia elétrica, além de utilizar recursos naturais a favor da construção com economia, como utilizar o máximo possível de luz natural a fim de economizar energia. Cristalografia Iniciamos determinando o que é um cristal: matéria na qual as partículas que a constituem são agregadas de maneira regular gerando uma estrutura cristalina com faces  planas e simétricas. Esses materiais quando se tornam sólidos não liberam calor como resultado de sua fusão como ocorre com vidro e outros materiais. Ora, pois levemos em consideração o Carbono, o mesmo material se exposto à baixa  pressão e alta temperatura se transforma em grafite, porém se exposto à alta pressão somada à alta temperatura transforma em diamante. Produção de novos materiais como na ciência dos materiais, tudo graças à termodinâmica.
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