1ª lei da termodinâmica

P r o f . T h i a g o M . d e O l i v e i r a

Termodinmica

1 Lei da termodinmica

A termodinmica

Podemos dizer que Termodinmica a parte da Fsica queestuda um sistema fsico do ponto de vista macroscpico,ou seja, utilizamos variveis como Presso, Temperatura,Volume, Energia, entre outras para descrever como essesistema se comporta. No h aqui preocupao de entendero comportamento das partculas que compem essesistema.

o Seu desenvolvimento teve um carter muito emprico, j que suas leis resultaram de observaes experimentais.

Alguns personagens

Joseph Black (1728-1799)

James Watt (1736-1819) Benjamim Thomson

Conde Rumford(1753-1814)

Julios Robert Von Mayer (1814-1878)

Herman Von Helmholtz (1821-1894)

James Prescott Joule (1818-1889)

Rudolf J. E. Clausius (1822-1888)

Wiliam Thomson Lord Kelvin(1824-1907)

O contexto histrico

O desenvolvimento maior dos conceitos termodinmicos comoconhecemos hoje ocorre ao longo dos Sculos XVIII e XIX

Fase de mudanas sociais e econmicas na Europa

o Transio do regime feudal para o modo de produo capitalista

Valorizao revoluo cientfica do sculo XVII

o Os mtodos da cincia experimental passam a ser aplicados emdiversas reas do conhecimento

o Ajudam na transformao de meios de produo

Maquinaria Textil Principal indstria da Inglaterra

Essas transformaes vo desencadear a chamada revoluoindustrial

A revoluo industrial estimula a atividade cientfica

o Mtodos da cincia so usados para resolver problemas da indstria

A relao entre a histria e a cincia

Na realidade, quanto mais estreitas so as relaes entre acincia, a tcnica, a economia e a poltica do perodo, maisclaramente se mostra a formao de um processo nico detransformao da cultura. Tal perodo de capital importncia

para o progresso da humanidade.(J. D. Bernal)

A energia interna

A energia interna de um gs a somatria das diversasparcelas de energia do gs, tais como, energia cintica mdia das

molculas, energia cintica de rotao das molculas, energia

potencial...etc

Translao do CM Rotao em tornodo CM

Vibrao interna

A energia interna

Para um gs ideal qualquer, a energia interna (U) dependeapenas da temperatura (T):

T aumenta T > 0 U > 0 (U aumenta)

T diminui T < 0 U < 0 (U diminui)

T constante T = 0 U = 0 (U constante)

Trabalho numa transformao

O trabalho pode ser realizadopelo ou sobre o sistema.

o Trabalho da fora exercida pelogs ser:

o Sendo pG a presso exercida pelogs, temos:

o De (1) e (2), temos:

No grfico p X V o mdulo do trabalho dado pela rea sobo grfico


pG

V

Vi Vf

|W|

V

pG

Vi Vf

|W|

V

Podemos observar pela equao que:


W > 0 para a situao de expanso do gs: o trabalho

realizado pelo gs

W < 0 para a situao de contrao do gs: o trabalho

realizado sobre gs

W = 0 para a situao de transformao isomtrica:

no h trabalho envolvido

Processos termodinmicos

Sistema um corpo ou um conjunto de corpos queisolamos fsica ou mentalmente para estud-lo; tudo que ocerca o sistema, isto , o resto do Universo, denomina-sevizinhana.

Sistema: corpo do

nadador

Vizinhana: ar e gua

A energia do nadador transferida para o ar e para a gua


Percebemos que um sistema pode interagir com suavizinhana:

o trocando calor

o realizando trabalho pelo ou sobre o sistema


Um processo termodinmico podeser representado, de formaesquemtica, por meio dodiagrama ao lado.

O movimento de um pisto devido compresso e expansode um gs, pode ser usado para obter energia mecnica: fazergirar uma roda fixa em um eixo.

1 lei da termodinmica

Quando fornecemos um quantidade de energia Q, na formade calor a um sistema, essa energia pode ser usada de duasmaneiras:

o Uma parte da energia poder ser usada para o sistema realizar um

trabalho (W), expandindo-se (W > 0) ou contraindo (W < 0).

o Eventualmente pode acontecer de o sistema no alterar seu volume

assim o trabalho ser nulo.

o A outra parte da energia ser absorvida pelo sistema,

transformando-se em energia interna. Dito de outro modo: essa

energia igual variao da energia interna (U) do sistema.

o Eventualmente pode acontecer U = 0; significa que, nesse caso o

calor Q foi usado para a realizao de trabalho.


A variao da energia interna de um sistema dada pela diferena entre o calor trocado com o meio exterior e o

trabalho realizado no processo termodinmico.


Exemplo a:Parte da energia Q fornecida ao gs usada para realizar trabalho W e parteabsorvida pelo sistema em forma deenergia interna U.

Exemplo b:Fornece-se ao sistema uma energia Qsendo que toda ele convertida emenergia interna U.

(a)

(b)

Aplicaes da 1 lei

TRANSFORMAO ISOTRMICA

Temperatura constante e a presso inversamente proporcional

ao volume

Assim, U = 0 Q W = 0

1P

V

Numa transformao isotrmica de umsistema, o trabalho realizado igual aocalor trocado com a sua vizinhana.

Aplicaes da 1 lei

TRANSFORMAO ISOVOLUMTRICA

Volume constante e a presso diretamente proporcional

temperatura

Assim, W = 0 U = Q - 0

Numa transformao isovolumtrica, avariao da energia interna igual aocalor trocado com a vizinhana.

Aplicaes da 1 lei

TRANSFORMAO ISOBRICA

Presso constante e o volume diretamente proporcional

temperatura

Assim:

Aplicaes da 1 lei

TRANSFORMAO ADIABTICA

a transformao na qual no existe troca de calor com o meio

externo. Ela pode ocorrer de duas maneiras:

o quando as paredes que envolvem o cilindro que contm o gs so

adiabticas ou isolantes trmicas;

o quando as transformaes so rpidas, pois, dessa forma, no existe tempo

para que as trocas de calor ocorram;

Assim, Q = 0 U = 0 - W

Numa transformao adiabtica, avariao da energia interna do gs igual ao mdulo do trabalho realizado.

Aplicaes da 1 lei

TRANSFORMAO CCLICA

a transformao na qual o sistema, partindo de um estado

inicial qualquer, sofre sucessivas transformaes e retrona ao

mesmo estado inicial.

U = 0

Em relao ao trabalho:o 12: W > 0; W = rea abaixo da reta 1 2

(trabalho realizado pelo o sistema)

o 34: W < 0; W = rea abaixo da reta 3 4

(trabalho realizado sobre o sistema)

o 23 e 41: W = 0; V = 0

o WR = rea limitada pelas quatro transformaes

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1ª lei da termodinâmica

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