Processo isotérmico
Um processo isotérmico é um processo termodinâmico , no qual a temperatura do sistema permanece constante (T = const). A transferência de calor para dentro ou para fora do sistema geralmente deve ocorrer a uma taxa tão lenta, a fim de se ajustar continuamente à temperatura do reservatório através da troca de calor. Em cada um desses estados, o equilíbrio térmico é mantido.
Para um gás ideale um processo politrópico, o caso n = 1 corresponde a um processo isotérmico (temperatura constante). Ao contrário do processo adiabático , no qual n = κ e um sistema não trocam calor com o ambiente (Q = 0; ∆T ≠ 0 ) , em um processo isotérmico não há alteração na energia interna (devido a ∆T = 0 ) e, portanto, ΔU = 0 (para gases ideais) e Q ≠ 0. Um processo adiabático não é necessariamente um processo isotérmico, nem um processo isotérmico é necessariamente adiabático.
Na engenharia, mudanças de fase, como evaporação ou fusão, são processos isotérmicos quando, como geralmente ocorre, ocorrem a pressão e temperatura constantes.
Processo isotérmico e a primeira lei
A forma clássica da primeira lei da termodinâmica é a seguinte equação:
dU = dQ – dW
Nesta equação, dW é igual a dW = pdV e é conhecido como trabalho de fronteira .
No processo isotérmico e no gás ideal , todo o calor adicionado ao sistema será usado para realizar o trabalho:
Processo isotérmico (dU = 0):
dU = 0 = Q – W → W = Q (para gás ideal)
O processo isotérmico pode ser expresso com a lei do gás ideal como:
pV = constante
ou
p 1 V 1 = p 2 V 2
Em um diagrama pV, o processo ocorre ao longo de uma linha (chamada uma isotérmica) que tem a equação p = constante / V.
Processo Adiabático
Um processo adiabático é um processo termodinâmico , no qual não há transferência de calor para dentro ou para fora do sistema (Q = 0). O sistema pode ser considerado perfeitamente isolado . Em um processo adiabático, a energia é transferida apenas como trabalho. A suposição de que não há transferência de calor é muito importante, pois podemos usar a aproximação adiabática apenas em processos muito rápidos . Nesses processos rápidos, não há tempo suficiente para que a transferência de energia como calor ocorra de ou para o sistema.
Em dispositivos reais (como turbinas, bombas e compressores) ocorrem perdas e perdas de calor no processo de combustão, mas essas perdas são geralmente baixas em comparação com o fluxo geral de energia e podemos aproximar alguns processos termodinâmicos pelo processo adiabático.
Processo Adiabático e a Primeira Lei
Para um sistema fechado, podemos escrever a primeira lei da termodinâmica em termos de entalpia :
dH = dQ + Vdp
Nesta equação, o termo Vdp é um trabalho de processo de fluxo . Este trabalho, Vdp, é usado para sistemas de fluxo aberto, como uma turbina ou uma bomba na qual existe um “dp”, ou seja, mudança de pressão. Como pode ser visto, essa forma de lei simplifica a descrição da transferência de energia . No processo adiabático, a mudança de entalpia é igual ao trabalho do processo de fluxo realizado no ou pelo sistema:
Processo adiabático (dQ = 0):
dH = Vdp → W = H 2 – H 1 → H 2 – H 1 = C P (T 2 – T 1 ) (para um gás ideal )
Expansão Adiabática
Expansão Livre – Expansão Joule
Esses são processos adiabáticos nos quais nenhuma transferência de calor ocorre entre o sistema e seu ambiente e nenhum trabalho é realizado no sistema. Esses tipos de processos adiabáticos são chamados de expansão livre . É um processo irreversível no qual um gás se expande para uma câmara evacuada isolada. É também chamado de expansão Joule . Para um gás ideal, a temperatura não muda (isso significa que o processo também é isotérmico ) ; no entanto, os gases reais sofrem uma mudança de temperatura durante a expansão livre. Na expansão livre Q = W = 0, e a primeira lei exige que:
dE int = 0
Uma expansão livre não pode ser plotada em um diagrama PV, porque o processo é rápido, não quase estático. Os estados intermediários não são estados de equilíbrio e, portanto, a pressão não está claramente definida.
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