Curso de termodinâmica/Energia livre e trabalho máximo

Fonte: testwiki
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Relações fundamentais

Rel.fundamentais Gibbs-Helmhotz Pressão interna Cp e Cv Van der Waals pressão-entalpia Trab. máximo





Energia livre de Helmholtz e trabalho isotermo máximo

A primeira lei da termodinâmica escreve-se: dE=δQ+δWonde δW representa todas as formas de trabalho que pode exercer o sistema.


Por outro lado, a segunda lei escreve-se: δQTdS


Essas equações dão: (dEδW)TdS


ou ainda: (dETdS)δW


Por meio da definição da energia livre de Helmholtz: F=ETS,


obtemos: dF=dETdSSdT


Temos então: (dFSdT)δW


o que é simplificado a temperatura constante:


(dF)TδW ou (ΔF)TW


O trabalho exercido pelo experimentador (então pelo sistema) é igual a -W. A equação anterior se escreve também:

W(ΔF)T

onde a igualdade estrita é verificada para um processo reversível.

Por conseqüência, (ΔF)T representa o trabalho máximo de qualquer natureza que podemos obter de um sistema a temperatura constante.

Energia livre de Gibbs e trabalho outro que o trabalho de expansão

Se considerarmos todas as formas de trabalho, a primeira lei da termodinâmica escreve-se: dE=δQ+δWexpansao+δWoutro


Por outro lado, a segunda lei escreve-se:δQTdS


Dessas duas equações resulta: (dEδWexpansaoδWoutros)TdS


como: δWexpansao=PdV


temos: (dE+PdVδWoutros)TdS


o que pode ser escrito: (dE+PdVTdS)δWoutros


Por meio da definição de G: G=HTS=E+PVTS


obtemos: dG=dE+VdP+PdVTdSSdT


ou ainda: dGVdP+SdT=dE+PdVTdS


Assim: (dGVdP+SdT)δWoutros


que simplificamos a temperatura e pressão constantes: (dG)T,PδWoutros ou (ΔG)T,PWoutros


O trabalho ganho pelo experimentador é igual a -W. A equação anterior pode ser escrita:


Woutros(ΔG)T,P

onde a igualdade estrita é verificada para um processo reversível. Por conseqüência, (ΔG)T,P representa o trabalho não-mecânico máximo que podemos obter de um sistema a temperatura e pressão constantes. Este resultado é interessante quando examinamos o trabalho elétrico que podemos obter de um sistema químico (pilhas eletroquímicas)

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