1 ¬ lei da termodinâmica
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1ª LEI DA
TERMODINÂMICA
Termodinâmica
É a ciência que trata:
Do calor e do trabalho;
Das características dos sistemas e;
Das propriedades dos fluidos termodinâmicos
Sadi Carnot
1796 - 1832
James
Joule
1818 - 1889
Rudolf
Clausius
1822 - 1888
Wiliam Thomson
Lord Kelvin
1824 - 1907
Emile Claupeyron
1799 - 1864
Alguns ilustres pesquisadores
que construiram a termodinâmica
Contribuição de James Joule
James P. Joule(1818-1889)
1839 Experimentos:
trabalho mecânico, eletricidade e calor.
1840 Efeito Joule : Pot = RI2
1843 Equivalente mecânico do calor
( 1 cal = 4,18 J)
1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo
da temperatura de um gás em função da
expansão sem realização de trabalho
externo.
As contribuições de Joule e outros levaram
ao surgimento de uma nova disciplina:
a Termodinâmica
Lei da
Conservação
de
Energia
1a Lei
da Termodinâmica
Para entender melhor a 1ª Lei da
Termodinâmica é preciso compreender as
características dos sistemas termodinâmicos
e os “caminhos” percorridos pelo calor
Certa massa delimitada por
uma fronteira.
Vizinhança do sistema.
O que fica fora da
fronteira
Sistema isolado
Sistema que não troca energia
nem massa com a sua vizinhança.
Sistema fechado
Sistema que não troca massa com a
vizinhança, mas permite passagem
de calor e trabalho por sua fronteira.
Sistema Termodinâmico
Transformação
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Estado 1 Estado 2Transformação
Variáveis de
estado
Variáveis de
estado
“Caminho” descrito pelo sistema na
transformação .
Processos
P1
V1
T1
U1
P2
V2
T2
U2
Processos Durante a transformação
Isotérmico temperatura invariável
Isobárico Pressão invariável
Isovolumétrico volume constante
Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.
Agora sim podemos definir o enunciado da 1ª Lei
da Termodinâmica...
A energia não se ganha nem se perde, mas
pode transferir-se de um sistema para outro –
Lei da Conservação da Energia
A energia Interna, é uma propriedade
intrínseca dos sistemas, ela está nos sistemas,
mas o trabalho (W), o calor (Q), e a radiação
(R), não são propriedades do sistemas, apenas
podem ser trocados para dentro e fora do
sistema.
Em todos os processos que ocorrem na
Natureza há conservação de energia;
A energia transfere-se e transforma-se noutra
forma diferente, mas a energia total de um
sistema isolado conserva-se;
As transferências de energia podem traduzir-se
em variações de energia interna dos sistemas -
∆Ei.;
A variação da energia interna do sistema é
consequência do balanço energético entre
calor, trabalho e radiação.
Para qualquer processo termodinâmico em que:
Se transfere calor para o sistema; há realização
de trabalho sobre o sistema, e há radiação
incidente.
Assim a energia total para o sistema é igual à
variação da sua energia interna – 1ª Lei da
TERMODINÂMICA.
A variação da energia interna aumenta
A variação da energia interna diminui
Assim são feitas as seguintes considerações
Em termodinâmica, a energia total de um sistema
é a sua energia interna U.
Quando o sistema muda de um estado com
energia interna inicial Ui para um estado de
energia Uf, ele sofre uma mudança de energia
ΔU = Uf - Ui
Da Lei da Conservação da Energia
Trabalho e Calor
Assim temos que:
Agora alguns casos particulares da 1ª Lei da
Termodinâmica.
Transformação isobárica
O que é pressão??
Transformação adiabática: Quando não há
transferências por meio de calor, assim Q=0
Transformação isotérmica
Compressão
Expansão
Transformação isocórica
Exercício
Suponha que 1,00 Kg de água a 100ºC é convertido
em vapor a 100ºC numa evaporação na pressão
atmosférica normal (que é 1,00 atm ou 1,01 x105 Pa)
conforme o arranjo da figura.
O volume da água varia de um estado inicial de 1,00
x10-3 m3 quando líquido para 1,671 m3 quando
vapor. Assim pergunta-se:
Que trabalho é realizado pelo sistema?
Quanta energia é transferida sob forma de calor
durante o processo?
Qual a variação da energia interna do sistema
durante o processo?
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