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Estado de um sistema e as suas transformações Básico

Publicado em 03/06/2009 

Ficha de Aprendizagem

Síntese

Introdução aos conceitos de sistema termodinâmico, equilíbrio termodinâmico, variáveis intensivas e extensivas, realçando a importância das equações de estado e variáveis de estado, na caracterização de um sistema termodinâmico. Descrição das transformações de um sistema quanto à sua reversibilidade.

Palavras-chave
  • Sistema termodinâmico
  • Variável de estado
  • Equação de estado
  • Variável extensiva
  • Variável intensiva
  • Equilíbrio termodinâmico
  • Transformação reversível
  • Transformação irreversível
Objectivos de aprendizagem

A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:

  • Caracterizar um sistema termodinâmico e definir o equilíbrio termodinâmico;
  • Definir variáveis de estado e equação de estado;
  • Distinguir variável extensiva de variável intensiva;
  • Distinguir transformação reversível de transformação irreversível.
Pré-requisitos

Os seguintes conhecimentos são essenciais para a compreensão deste tópico:

Num sistema mecânico, o seu estado fica determinado, caso se conheça a posição e a velocidade de cada ponto material do sistema. Se o sistema for constituído por N objectos elementares ou pontos materiais, seria então necessário o conhecimento de 6 × N variáveis (considerando um sistema a três dimensões, onde se tem três coordenadas de posição e três coordenadas de velocidade).

Em termodinâmica, os sistemas considerados possuem um elevadíssimo número de pontos materiais, nomeadamente átomos ou moléculas, e desta forma é impraticável a definição do sistema com base em 6 variáveis para cada objecto (3 de posição e 3 de velocidade).

Sistema termodinâmico

Um sistema termodinâmico é uma quantidade arbitrária de matéria, cujas propriedades podem ser descritas unicamente e de forma completa, especificando certos parâmetros macroscópicos que podem ser:

e representam propriedades médias do sistema.

Os sistemas termodinâmicos classificam-se como sendo isolados, fechados ou abertos.

Um sistema isolado não interage de modo algum com os arredores. O contentor que contém o sistema e o delimita dos arredores, é impermeável à matéria e não permite a transferência de energia. Deste modo a energia do sistema é uma quantidade conservada, e o mesmo se verifica com a quantidade de matéria.

Um sistema fechado apenas permite a troca de energia com os arredores, não havendo troca de matéria. A energia deixa de ser uma quantidade conservada.

Um sistema aberto permite a troca de energia e matéria com os arredores, logo estas quantidades podem variar ao longo do tempo.

As quantidades com as quais podemos caracterizar um sistema termodinâmico designam-se por variáveis de estado, que têm o mesmo valor em todas as partes do sistema. Normalmente as variáveis de estado não são quantidades independentes entre si, ou seja, a mudança de uma variável, implica a alteração de uma outra ou mais variáveis.

A relação matemática entre as variáveis de estado designa-se por equação de estado, a qual permite prever o comportamento do sistema face à alteração de uma ou mais variáveis de estado. O estado termodinâmico de um sistema é então definido, especificando certas variáveis de estado e as correspondentes equações de estado.

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Referências Bibliográficas

  • [1] Fiolhais C., Valadares J., Silva L., Teodoro V., Física 10º Ano, Didática Editora, Lisboa, 2000.
  • [2] Fermi, E., Termodinâmica, Almedina, Coimbra, 1973.
  • [3] Serway, R. A., Jewett, J. W., Physics for Scientists and Engineers, Thomson Learning, Belmont, 2004.
 

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