1a Lei da Termodinâmica

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1ª LEI DA TERMODINÂMICA
Componente Curricular: Termodinâmica Química
Monitora: Giovanna de Fátima Abrantes Oliveira
Termodinâmica
Definições
 Sistema: Parte do universo que está sendo estudada.
 Sistema Aberto
 Sistema Fechado
 Sistema Isolado
 Vizinhanças: Onde os efeitos da troca de energia são observados.
 Fronteiras: Limites que definem o espaço físico do sistema, separando-os das vizinhanças.
 Diatérmicas
 Adiabáticas2
 Relaciona as propriedades de um sistema (Volume, pressão, temperatura) com seu comportamento
em processos físicos e químicos.
 Limitações: Não trata da velocidade das transformações; Não faz suposição sobre a estrutura
molecular do sistema.
Fonte: Atkins, P; PAULA, J. de. Fundamentos de Físico-Química. 10 ed. Vol 1. 5 ed. Rio de Janeiro: 
LTC, 2014.
Estudo do Calor, 
Trabalho, Energia e 
as mudanças 
sofridas pelo sistema
Lei dos Gases
3
4
1
2
3
Volumes iguais de gases diferentes nas mesmas 
condições de temperatura e pressão contêm o 
mesmo número de molécula
Princípio de Avogadro
Lei de Charles
Lei de Boyle
Transformação isotérmica
Pressão constante: V = Cte . T
Volume constante: P = Cte . T
Lei do Gás Perfeito
pV = nRT
Em um sistema fechado em que a temperatura é 
constante, a massa de gás ocupa um volume 
inversamente proporcional a sua pressão.
Transformação isocórica
V = Cte . n
pV = Cte
Equação de estado aproximada para 
qualquer gás e fica cada vez mais exata à 
medida que a pressão do gás tende a zero.
Em um sistema sob volume constante, observa-se que a 
pressão é proporcional à temperatura
Primeira Lei da Termodinâmica
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Energia Total de um sistema que é armazenada na forma de Energia Cinética
(vibracional, rotacional, translacional) e Energia Potencial (energia de ligação, interações
intermoleculares, etc)
Energia Interna (U):
Primeira Lei:
 Aplica o princípio da conservação de energia, onde em um sistema isolado a energia
interna é constante.
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
q = calor
w = trabalho Transferência de 
Energia
Primeira Lei da Termodinâmica
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Trabalho (w):
É a transferência de energia de um sistema a outro por meio de uma conexão mecânica
ou elétrica de modo que um corpo pode ser deslocado contra uma força que se opõe ao
movimento, sem diferença de temperatura.
Tipos de trabalho:
 Expansão: Com variação de volume
 Não-expansão: Sem variação de volume
Expressão geral do trabalho:
𝑃 =
𝐹
𝐴
𝐹 = 𝑃 . 𝐴
𝑑𝑤 = −𝐹. 𝑑𝑥
𝑑𝑤 = − 𝑃 . 𝐴. 𝑑𝑥
∫ 𝑑𝑤 = −∫ 𝑃 . 𝑑𝑣 𝑤 = −𝑃 . 𝑑𝑣
Trabalho 
realizado pelo 
sistema
w < 0 Trabalho 
realizado no 
sistema
w > 0 
Primeira Lei da Termodinâmica
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Trabalho (w):
Expansão Livre: Expansão no vácuo, como 𝑃 = 0 w = 0
𝑤 = −𝑃 . 𝑑𝑣
Expansão contra uma pressão: 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣 𝑤 = − 𝑃 . ∆v
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
Expansão Reversível: Quando o processo é reversível P = 𝑃 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣
Expansão Isotérmica reversível: De acordo com a Lei dos Gases Ideais: pV = nRT
p = 𝑤 = − 𝑃 𝑑𝑣 𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇. 𝑙𝑛
𝑉
𝑉
Primeira Lei da Termodinâmica
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Calor (q):
C = Capacidade térmica 
(Propriedade extensiva)
Transferência de energia que se dá devido a uma transferência de temperatura.
𝑑𝑞 = 𝐶. 𝑑𝑇
𝑑𝑞 = 𝐶 . 𝑑𝑇
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝐶 = 𝑚. 𝑐 c = Capacidade calorífica específica
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
Processo 
Endotérmico
q > 0 
Processo 
Exotérmico
q < 0 
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1) Defina:
a) Sistema Fechado
b) Calor
c) Fronteira Adiabática
d) Trabalho
2) Enuncie:
a) Lei Zero da Termodinâmica
b) Primeira Lei da Termodinâmica
Exercícios
Símbolos
𝑚 ∆𝑇
𝑃
𝑑𝑣
𝑤
∆v
pV = nRT
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
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1) Uma lâmina de ferro metálico (MM= 56,0 g/mol) de 45g, é adicionada a um béquer com
ácido clorídrico diluído. Calcule o trabalho realizado pelo sistema em consequência da reação,
sabendo que toda a lâmina foi consumida no processo. Dado que a pressão atmosférica é de 1,0
atm e a temperatura de 25ºC.
Exercícios
Símbolos
𝑚 ∆𝑇
𝑃
𝑑𝑣
𝑤
∆v
pV = nRT
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
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2) Um pistão cheio com 0,0400 mol de um gás ideal expande-se reversivelmente de 50,0 mL
para 375,0 mL, a uma temperatura constante de 37°C. Calcule q, w e
Exercícios
Símbolos
𝑚 ∆𝑇
𝑃
𝑑𝑣
𝑤
∆v
pV = nRT
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
∆𝑈.
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3) Uma amostra de 2,0 mols de O2 está inicialmente confinada num vaso de 20 L a 270K e
sofre uma expansão adiabática contra uma pressão constante de 0,65 atm até que seu volume
aumente por um fator 3,0. Calcule q, w e
Exercícios
Símbolos
𝑚 ∆𝑇
𝑃
𝑑𝑣
𝑤
∆v
pV = nRT
∆𝑈 = 𝑞 + 𝑤
𝑤 = −𝑛𝑅𝑇
𝑑𝑣
𝑣
Unidade: 
1 atm.L
= 101325 J
𝑞 = 𝐶. ∆T
𝑞 = 𝑚. 𝑐. ∆𝑇
∆𝑈.
Referências
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(83) 99649-4440 giovanna.abrantes@academico.ufpb.br
Contato:
ATKINS. P; JONES, L. Princípios de química. 5ª Ed. Porto Alegre: Bookman, 2012.
ATKINS, P; PAULA, J. de. Físico-química: Volume 1. Rio de Janeiro: LTC, 2012.
MCQUARRIE, D. A; ROCK, P. A; GALLOGLY, E. B. General Chemistry. 4ª Ed. Callifornia: 
University Science Books, 2011.