F 320 -Termodinâmica
Prof. Marcos Cesar de Oliveira
Sala 238 DFMC/IFGW
email: marcos@ifi.unicamp.br
Aulas: Terça : 10h00-12h00, Quinta : 10h00-12h00 no CB12
Atenção: As provas dos dias 20/09, 03/11 e 29/11 serão realizadas no PB17
Horário de Atendimento:
A ser combinado com a PAD.
Termodinâmica é um ramo da física que se preocupa com o calor e temperatura e suas relações com a energia e o trabalho. Ela define variáveis macroscópicas, como a energia interna, entropia e pressão, que, em parte, descrevem um corpo de matéria ou radiação. A Termodinâmica afirma que o comportamento destas variáveis está sujeito a limitações gerais, comuns a todas as substâncias, além das propriedades peculiares de cada substância em particular. Estas restrições gerais são expressas nas quatro leis da termodinâmica.
Apesar de seu desenvolvimento no século XIX ter se originado com a construção e operação de máquinas a vapor, seu alcance é amplo e não restrito a esses sistemas. De fato, a termodinâmica essencialmente se baseia na lei de conservação de energia, estabelecendo os princípios pelos quais a energia pode ser distribuída e convertida em trabalho em processos térmicos. Assim, ela se aplica em todos os ramos da física em que há, através de um processo térmico, a realização de trabalho. Obviamente isso engloba um grande número de sistemas em matéria condensada, reações químicas, bem como sistemas e processos biológicos, e até mesmo buracos negros. Nesse curso veremos as bases para o estabelecimento das quatro leis fundamentais da Termodinâmica, bem como sua aplicação a uma ampla variedade de sistemas.
Ementa:
1: Introdução e conceitos básicos
1.1 Origens da termodinâmica
1.2 A abordagem macroscópica
1.3 O papel das Leis
1.4 Sistemas, arredores, e fronteiras
1,5 Variáveis termodinâmicas
1.6 Equilíbrio termodinâmico
1.7 Reversibilidade termodinâmica
1.8 Graus de liberdade
1.9 Alguns resultados matemáticos úteis
2: A lei zero
2.1 A lei zero e definição de temperatura
2.2 Escalas de temperatura
2.3 A escala de gás ideal
2.4 Temperatura termodinâmica e derivação do teorema de equipartição (gás ideal)
2.6 Alguns termômetros comuns
3. A primeira lei
3.1 Fundamentação da primeira lei
3.2 A primeira lei
3.3 A energia interna
3.4 Calor
3.5 Trabalho em vários sistemas
3,6 Capacidades caloríficas
3.7 Entalpia
4. A segunda lei
4.1 A necessidade da segunda lei
4.2 Processos termodinâmicos cíclicos e máquinas térmicas
4.4 Máquina de Carnot
4.2 Formulações da segunda lei
4.4 Calor e Temperatura
4.5 Teorema de Carnot
4.5 Temperatura termodinâmica
4.6 Refrigeradores e bombas de calor
4.7 Máquinas térmicas reais
5. Entropia
5.1 Teorema de Clausius
5.2 Entropia
5.3 Entropia em processos irreversíveis
5.4 Entropia e a primeira lei
5.5 Entropia e degradação de energia
5.5 Entropia e ordem
6. Potenciais termodinâmicos
6.1 As funções potenciais
6.2 A transformação diferencial de Legendre
6.3 Relações de Maxwell
7. Aplicações para sistemas simples
7.1 Algumas propriedades do calor específico
7.2 O gás ideal
7.3 Comportamento de substâncias puras reais
7.4 Radiação térmica
7.5 O efeito magnetocalórico
7.6 Tensão superficial
7.7 O potencial Químico
8. Equilíbrio e Estabilidade
8.1. Sistemas mecânicos e sistemas térmicos
8.2. Princípio da Máxima Entropia
8.3. Outros Critérios de Estabilidade
8.4. Estabilidade intrínseca de um fluido
9. Mudança de fase
9.1 Sistemas de mais de uma fase
9.2 A condição para o equilíbrio entre fases
9.3 A equação de Clausius-Clapeyron
9.4 Integração da equação de Clausius-Clapeyron
9.5 Funções de Gibbs em transições de primeira ordem
9.6 Pontos críticos
9.7 Mudança de fase de ordem superior
10. A terceira lei
10.1 O Princípio de Thomsen e Berthelot
13.2. Variação de entropia
13.3. Inatingibilitade de T = 0 K
13.4. Entropia absoluta
11. Termodinâmica e Informação
Livro texto: Equilibrium Thermodynamics, 3rd Ed.
Clement John Adkins
Cambridge University Press, Jul 14, 1984
Livros de consulta:
1. Mere Thermodynamics
Don S. Lemons
JHU Press, Nov 21, 2008.
2. Thermodynamics, Kinetic Theory, and Statistical Thermodynamics
F. W. Sears, , G. L Salinger
Addison Wesley, 3rd ed. 1975.
3. Heat and Thermodynamics
M. W. Zemansky
McGraw-Hill Science/Engineering/Math; 7th edition , 1996.
4. Equilibrium Thermodynamics
Mário J. de Oliveira
Springer Graduate Texts in Physics 2013.
Datas importantes:
Período letivo: 01/08 a 07/12
Datas provas e testes:
Teste 1: 13/09 Prova 1: 20/09
Teste 2: 20/10 Prova 2: 03/11
Teste 3: 22/11 Prova 3: 29/11
Exame 13/12
Avaliação
TM = (T1+T2+T3) / 3
PM = (P1+P2+P3+TM) / 4
Se PM ≥ 5: Aprovado
Se 2,5 ≤ PM <5 : Exame »»»» ver: Regimento Geral da Graduação, artigo 57, inciso II
MF = (PM+Exame) / 2
Se MF ≥ 5: Aprovado
Folha de informações: ementa22022
Notas de Aula: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
Listas de Exercícios: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |