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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.
A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:
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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