Estudo Caso Fisica Geral Instrumental Termodinamical Ondas

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Estudo de Caso Física geral e Instrumental : Termodinâmica e Ondas 
Aluno: Humberto Cesar de Oliveira Batista - matricula 2011216 
Curso: Engenharia de Produção 
 
Professor Dalton Vinicius Kozak 
 
 
 
Energia interna é a soma das energias cinética e potencial relacionado ao movimento 
dos átomos e moléculas constituintes de um corpo. A energia interna também é 
diretamente proporcional à temperatura do corpo. Trata-se de uma grandeza escalar 
medida em Joules (SI) e determinada em função de variáveis como pressão (P), volume 
(V) e temperatura termodinâmica (T) de um sistema, em Kelvin (K). 
Quanto maior for a temperatura de um corpo, maior será a sua energia interna, portanto, 
maior será a sua capacidade de realizar algum trabalho. Além disso, a energia interna de 
gases monoatômicos, por exemplo, é dada exclusivamente pela soma da energia cinética 
de cada átomo do gás. Quando lidamos com gases moleculares, como os gases 
diatômicos, deve-se levar em conta as interações moleculares e, por isso, a energia 
interna é determinada pela soma da energia cinética das moléculas com a energia 
potencial existente entre elas. 
Energia interna de gases monoatômicos ideais 
Como não existe interação entre os átomos de um gás monoatômico ideal, sua energia 
interna depende exclusivamente de duas variáveis: o número de mols (n) e a 
temperatura do gás (T). Observe: 
Energia interna do gás monoatômico ideal 
U – energia interna 
n – número de mols 
R – constante universal dos gases perfeitos 
T – temperatura 
 
Na equação acima, R tem módulo de 0,082 atm.L/mol.K ou 8,31 J/mol.K (SI). Além 
disso, podemos escrever a equação acima em termos de outras grandezas, como a 
pressão e o volume. Para tanto, precisamos recordar a Equação de Clapeyron, usada 
para os gases ideais. 
Equação de Clapeyron substituindo a equação acima na anterior, teremos a seguinte 
expressão para o cálculo da energia interna: 
Energia interna em termos de pressão e volume 
Veja também: O que é um gás perfeito? 
Levando-se em conta as equações acima, é possível determinar uma relação entre a 
energia cinética dos átomos de um gás monoatômico ideal e a sua temperatura. Para 
isso, afirmaremos que a energia cinética desse tipo de gás é puramente cinética. 
Observe: 
 Cálculo da temperatura 
m – massa 
n – número de mol 
M – massa molar 
Em diversas situações, é interessante saber calcular a variação da energia interna (ΔU) 
de um gás, pois essa grandeza indica se o gás recebeu ou cedeu energia. Caso a variação 
da energia interna do gás tenha sido positiva (ΔU > 0), o gás terá recebido energia; caso 
contrário (ΔU< 0), o gás terá cedido parte de sua energia. 
Variação da energia interna 
Variação da energia interna em termos da variação de volume do gás. 
Energia interna para gases diatômicos 
Para os gases diatômicos ideais, a energia interna é dada por uma equação um pouco 
diferente. 
 
Energia interna para gases diatômicos ideais 
Energia interna em transformações e ciclos termodinâmicos 
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, a energia interna de um gás ideal pode 
sofrer variações em determinadas transformações termodinâmicas, dependendo da 
quantidade de calor trocada entre as vizinhanças e o sistema, bem como do trabalho 
realizado por ou sobre o sistema. 
Primeira Lei da Termodinâmica 
Q – calor 
τ - trabalho 
Em seguida, vamos conferir a forma que essa lei assume para algumas transformações 
termodinâmicas particulares. 
Veja também: História das máquinas térmicas 
→ Energia interna: transformação isotérmica 
Na transformação isotérmica, não há mudança de temperatura e, por isso, a energia 
interna permanece constante. 
Energia interna na transformação isotérmica. 
Nesse caso, toda a quantidade de calor que é trocada com o sistema é transformada em 
trabalho e vice-versa. 
→ Energia interna: transformação isovolumétrica 
Na transformação isovolumétrica, não é possível haver realização de trabalho, uma vez 
que o sistema se encontra confinado em um recipiente rígido e inexpansível. Nesse 
caso, toda a quantidade de calor que é trocada com o sistema varia diretamente sua 
energia interna. 
Energia interna na transformação isovolumétrica 
→ Energia interna: transformação isobárica 
 
Nesse tipo de transformação, o sistema está submetido a uma pressão constante, logo, o 
trabalho por ele ou sobre ele realizado pode ser calculado analiticamente. 
Energia interna no processo isobárico 
→ Energia interna: transformação adiabática 
Nas transformações adiabáticas, não ocorrem trocas de calor entre o sistema e a sua 
vizinhança, portanto, a variação da energia interna depende exclusivamente do trabalho 
realizado por ou sobre o sistema. 
Energia interna no processo adiabático 
Energia interna em processos cíclicos 
Em todo processo cíclico, o estado termodinâmico de um sistema, representado por suas 
variáveis pressão, volume e temperatura (P, V, T), é transformado, mas acaba 
retornando ao estado original (P,V,T), portanto, a variação de energia 
interna nesse tipo… 
 
 
Como as três transformações (I, II e III) saem do estado A e vão para o estado B, a 
variação de energia interna deve ser igual para todas elas, portanto: