Termodinâmica

Código:

EQ223

Sigla:

EQ223

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Ciências de Engenharia

Ocorrência: 2012/2013 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Ciências de Engenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:CE	23	PE2007- Perfil Engenharia Alimentar	2	-	5	-

Língua de trabalho

Português - Suitable for English-speaking students

Objetivos

Pretende-se com esta disciplina ministrar aos estudantes conceitos fundamentais da Termodinâmica, suas leis, implicações e aplicações básicas, usando o formalismo matemático adequado e segundo uma perspetiva global físico-química. Será estabelecida a ligação, sempre que concetualmente útil, entre a termodinâmica clássica e a visão atómico-molecular da matéria.

 

Resultados de aprendizagem e competências

Pretende-se que no final da unidade curricular o estudante tenha adquirido as seguintes competências e obtido os seguintes resultados de aprendizagem:
i) ser capaz de compreender os principais conceitos teóricos, leis e equações da Termodinâmica;
ii) saber inter-relacionar os conceitos e aplicá-los diretamente na resolução de problemas quantitativos e práticos;
iii) ser capaz de participar ativamente na discussão e resolução de problemas;
iv) compreender a relevância e importância da Termodinâmica na racionalização de fenómenos biológicos e químicos e em aplicações práticas importantes.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. INTRODUÇÃO À TERMODINÂMICA
1.1 Definição e objetivos da Termodinâmica; breve perspetiva histórica.
1.2 Termodinâmica Clássica e Estatística. Termodinâmica Química.
1.3 Conceitos introdutórios: sistemas, estados, processos e equilíbrio. 
1.4 Equação de estado dos gases ideais; gases reais e equação de van der Waals.

2. TEMPERATURA E LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
2.1 Conceito de temperatura.
2.2 Isotérmicas e equações de estado.
2.3 Termometria – conceitos básicos.

3. ENERGIA E PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
3.1 Introdução: funções de estado e de caminho; diferenciais exatas e inexatas.
3.2 Trabalho, calor e energia interna. 
3.3 Primeira Lei - enunciados.
3.4 Função entalpia.
3.5 Capacidades caloríficas.
3.6 Coeficientes térmicos.
3.7 Capacidades caloríficas de sólidos, líquidos e gases.
3.8 Experiência de Joule e de Joule-Thomson.
3.9 Processos adiabáticos.
3.10 Variações de entalpia.
3.11 Termoquímica e suas aplicações. 

4. ENTROPIA E SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
4.1 Introdução.
4.2 Conceito de entropia: definição clássica e estatística.
4.3 Segunda Lei - enunciados.
4.4 Cálculos de variação de entropia para diferentes processos.                                                                             4.5 Critério para processos espontâneos e para equilíbrio.                                                                                  4.6 Energia de Gibbs e energia de Helmoltz.                                                                                                      4.7 Relações termodinâmicas para sistemas em equilíbrio. Equações de Gibbs. 

5. APLICAÇÕES DA SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
5.1 Potenciais termodinâmicos e relações de Maxwell.
5.2 Cálculos envolvendo a energia de Gibbs.
5.3 Quantidades parciais molares.
5.4 Potencial químico.
5.5 Equação fundamental da Termodinâmica Química.
5.6 Equação de Gibbs-Duhem.
5.7 Condição de equilíbrio fásico.
5.8 Condição de equilíbrio reacional (químico).

6. ENTROPIA ABSOLUTA E TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
6.1 Terceira Lei e entropia absoluta.
6.2 Cálculos de variação de entropia.
6.3 Cálculos de entropia absolutas.

7. EQUILÍBRIO DE FASES E DIAGRAMAS DE FASE
7.1 Introdução: noção de fase e transformações físicas de substâncias puras; classificação das transições de fase.
7.2 Equilíbrio entre fases. Regra das fases de Gibbs.
7.3 Sistemas de um só componente: fronteiras de fase; equações de Clapeyron e de Clausius-Clapeyron; energia de   Gibbs e transições de fase. Discussão de diagramas de fase representativos.                                                                           7.4 Sistemas binários: diagramas de fase de sistemas binários sem fase sólida; diagramas de fase líquido-sólido.                      7.5 Aplicações práticas de diagramas de fase.

8. TERMODINÂMICA DO EQUILÍBRIO QUÍMICO
8.1 Variações de energia de Gibbs e equilíbrio de reações químicas. Constante de equilíbrio.
8.2 Reações envolvendo gases e substâncias puras
8.3 Equilíbrio químico em solução 
8.4 Resposta do equilíbrio a variações de temperatura; equação de Gibbs-Helmholtz.
8.5 Resposta do equilíbrio a variações de pressão.
8.6 Aspetos termodinâmicos de reações biológicas.

Bibliografia Obrigatória

Edmundo Gomes de Azevedo; Termodinâmica Aplicada. ISBN: 9789725921173

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

O ensino consistirá em aulas teóricas, nas quais se pretende interatividade docente/discentes, e em aulas teórico-práticas, nas quais serão resolvidos e discutidos problemas quer pelo docente, quer pelos diferentes grupos de estudantes (apresentação oral).

Palavras Chave

Ciências Físicas > Física > Termodinâmica
Ciências Físicas > Química > Química física

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Peso (%)	Data Conclusão
Participação presencial (estimativa)	Participação presencial	72,00	20,00
Exame	Exame	44,00	80,00
	Total:	-	100,00

Componentes de Ocupação

Descrição	Tipo	Tempo (Horas)	Data Conclusão
Frequência das aulas	Frequência das aulas	56
Estudo autónomo	Estudo autónomo	56
	Total:	112,00

Obtenção de frequência

A frequência das aulas teórico-práticas é obrigatória, perdendo a frequência o estudante que exceder um número de faltas igual a 1/4 do número de aulas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação será distribuída da seguinte forma:

i) Avaliação contínua

A nota final (NF) é calculada através das classificações de dois testes, N(T1) e N(T2) a realizar durante o período letivo (no horário das aulas), e a nota atribuída à apresentação oral da resolução de problemas, N(RP), nas aulas teórico-práticas, de acordo com: 

NF = 0.40 x N(T1) + 0.40 x N(T2) + 0.20 x RP

Os estudantes que obtenham NF ≥ 10 estão aprovados à disciplina e dispensados de realização de exame.

ii) Avaliação contínua com exame final

NF = 0.80 x N(E) + 0.20 x RP

Os alunos que não tenham obtido aprovação durante o semestre poderão realizar, no exame de época normal, apenas uma das partes T1 ou T2 do exame, se assim o entenderem. 

Os alunos dispensados de exame poderão repetir, se assim o desejarem, no exame de época normal, uma das partes T1 ou T2, ou ambas, sendo considerada para o cálculo de NF a melhor das notas entre (i) e (ii).

O exame de época de recurso é uma prova única, sem partes T1 e T2.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

Os alunos com o estatuto de Trabalhador-Estudante que não possam frequentar as aulas teórico-práticas deverão contactar o docente no sentido da respectiva N(RP) ser substituída pela nota de um trabalho monográfico a apresentar até ao final do período de aulas.  Quanto aos testes T1 e T2 e aos exames, aplica-se a estes estudantes a mesma metodologia de avaliação que aos restantes estudantes.

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação é realizada por exame de recurso, cuja nota constituirá 80% da nota final.

Observações

Bibliografia Principal

- Julio Guemez, Carlos Fiolhais, Manuel Fiolhais, "Fundamentos de Termodinâmica do Equilíbrio", Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 1998.

- Edmundo Gomes de Azevedo, "Termodinâmica Aplicada", Escolar Editora, Lisboa, 2011. 

- Peter Atkins, Julio de Paula, "Physical Chemistry", 9th ed., Oxford University Press, Oxford, 2010.

- Ira N. Levine, "Physical Chemistry", 6th ed, McGraw Hill, New York, 2009.