Joule e a Primeira Lei da Termodinâmica

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Joule e a Primeira Lei 
da Termodinâmica
Professor José Vladimir de Oliveira
Biografia
James Prescott Joule
✘ James Prescott Joule foi um importante físico 
britânico. Nascido em 1818, em Salford, Joule era 
filho de um grande cervejeiro e sempre estava 
interessado no funcionamento das máquinas 
que constituíam a estrutura da cervejaria. A sua 
educação básica foi feita por meio de aulas 
particulares, e um de seus professores foi o 
ilustre químico inglês John Dalton.
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James Prescott Joule
✘ Aos 18 anos, começou seus estudos sobre o 
calor liberado por corrente elétrica fluindo em 
um condutor, e, em 1840 deduziu a lei que 
relaciona corrente elétrica e a resistência do 
condutor ao calor transmitido (Efeito Joule) e 
publicou sua descoberta no artigo entitulado: 
"Sobre a Produção de Calor por meio da 
Eletricidade Voltaica". 
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James Prescott Joule
✘ Interessado pelo estudo do calor, Joule também 
realizou vários experimentos nesta área, estes o 
ajudaram a determinar uma relação para a 
equivalência entre o trabalho mecânico e o 
calor. O que ajudou na formulação da teoria da 
conservação da energia (Primeira Lei da 
Termodinâmica), contribuição que impulsionou 
o estudo da termodinâmica.
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Estudos
Contribuições Para a Ciência
O Efeito Joule:
Em 1841, ele descobriu o que ficou conhecido como a Primeira Lei de 
Joule . Isso definiu a relação entre a quantidade de calor produzida e 
a corrente que flui através de um condutor.
A explicação para o calor gerado era o atrito entre os portadores de 
carga que constituíam a corrente elétrica e os elementos que 
constituíam o material.
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Contribuições Para a Ciência
Rejeição de seus estudo sobre o Efeito Joule
✘ Publicou seus estudos em 1843 e 1844 com evidências, 
porém a Royal Society se negou a publicá-los.
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Motivos
1. Teoria do Calórico era a vigente na época
2. Não acreditavam que era possível atingir o grau de precisão 
que Joule mostrava em seu experimentos (Joule disse que 
podia medir temperaturas dentro de 1/200 de grau Fahrenheit)
Contribuições Para a Ciência
Alguns Equipamentos utilizados por Joule
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Parte de Célula Voltaica Motor Elétrico
Contribuições Para a Ciência
O Efeito Joule-Thomson
✘ A associação entre Joule e Thomson resultou na 
descoberta do efeito Joule-Thomson , um fenômeno no 
qual um gás que pode se expandir livremente 
experimenta uma mudança de temperatura. O efeito 
Joule-Thomson lançou as bases para o surgimento do 
negócio de refrigeração, tendo esse efeito diversas 
aplicações nessa área.
✘ O efeito de Joule-Thomson é uma consequência do 
desvio do comportamento dos gases reais em relação aos 
gases ideais.10
Contribuições Para a Ciência
Sobre o experimento
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Esquema da experiência de Joule-Thomson; 
Pf < Pi
Processo Isoentalpico
Contribuições Para a Ciência
Sobre o experimento
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Contribuições Para a Ciência
Coeficiente de Joule-Thomson
✘ O efeito depende do valor do 
coeficiente de Joule-Thomson, que 
é definido como:
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Contribuições Para a Ciência
A Relação Trabalho mecânico x Calor
✘ Joule determinou ainda a relação entre trabalho 
mecânico e calor, mostrando que a energia gasta na 
realização de uma atividade pode ser convertida em 
calor. Essa relação foi determinante para a formulação da 
Primeira Lei da Termodinâmica.
✘ Durante a última parte de sua carreira, Joule recebeu 
grande parte da atenção e elogios retidos dele em seus 
primeiros anos.
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Experimento de Joule
Principal contribuição para Termodinâmica
✘ James Prescott Joule realizou um minucioso 
estudo durante 35 anos, aperfeiçoando 
métodos experimentais, concluindo o 
princípio da conservação da energia e o 
equivalente mecânico do calor. 
✘ Esse estudo foi um dos pilares do que 
conhecemos hoje como “Primeira Lei da 
Termodinâmica”.
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O Aparato
✘ Joule construiu um aparato para realização 
dos testes, consistia em um vaso cilíndrico de 
latão, no qual em seu interior havia placas 
verticais com algumas pás presas ao eixo 
vertical conectadas externamente a dois 
pesos, os quais caiam de uma certa altura 
fazendo com que as pás girassem ao redor do 
eixo vertical.
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O Experimento
✘ Sendo assim, vários testes da descida das 
massas com velocidade constante eram 
repetidas, sempre medindo a altura da queda.
✘ Então, a variação da energia potencial das 
massas proporcionava o aquecimento do 
líquido, devido ao atrito com as pás girando ao 
redor do eixo vertical.
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O Experimento
✘ Portanto, estabeleceu-se uma relação entre a 
variação da energia potencial e o calor 
proveniente do aquecimento do líquido.
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Conclusão
✘ Com isso, Joule conseguiu experimentalmente contribuir 
para o amadurecimento do princípio da conservação da 
energia e o equivalente mecânico do calor ,estudado por 
vários cientistas da época. Os últimos valores do 
equivalente mecânico fornecidos por Joule foram bem 
próximos de 424 kgf.m/kcal. O valor aceito até hoje é 427 
kgf.m/kcal.
✘ A primeira lei da Termodinâmica é 
consequência direta desses princípios.
Joule conclui em seu trabalho:
 "De fato, os fenômenos naturais, sejam eles mecânicos, 
químicos ou da vida, consistem quase unicamente em 
conversão entre a atração através do espaço (energia 
potencial), a força viva (energia cinética) e o calor. É assim 
que a ordem é mantida no universo - nada é perturbado, 
nada é nunca mais perdido, mas toda máquina, por mais 
complicada que seja, trabalha de forma continuada e 
harmoniosa, no entanto tudo é preservado com a mais 
perfeita das regularidades - o todo sendo governado pela 
soberana vontade de Deus" - James Prescott Joule.
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A Primeira Lei da 
Termodinâmica
Primeira lei da Termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica foi anunciada por 
Julius Robert von Mayer em 1841. Mayer foi a 
primeira a verificar a transformação do trabalho 
mecânico em calor e vice-versa.
Essas verificações foram feitas ao mesmo tempo 
que Joule, mas separadamente. Ambos no século 
XIX.
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/primeira-lei-termodinamica
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/propriedades-termodinamicas/calor
Primeira lei da Termodinâmica
A primeira lei da termodinâmica é fundamentada 
no princípio da lei da conservação de energia. 
“A energia não pode ser criada nem destruída 
apenas transformada de uma forma em outra, ou 
seja, a quantidade de energia total permanece 
constante".
Primeira lei da Termodinâmica
ΔU=Q−W
Q= É a transferência de energia térmica entre 
corpos que estejam com temperaturas diferentes até 
que haja equilíbrio dessas temperaturas.
W= É a transferência de energia para um sistema 
pela aplicação de uma força.
ΔU= É a variação da energia interna do sistema, ela 
pode ocorrer pela transferência de calor ou trabalho.
Primeira lei da Termodinâmica
Primeira lei da Termodinâmica
Um exemplo da aplicação da primeira lei é o 
funcionamento de um carro.
. Ao acionarmos a chave provocamos uma faísca 
que faz com que queime a gasolina e uma parte da 
energia química armazenada na gasolina é 
transformada em trabalho quando os gases 
provindos da queima empurram o pistão do motor, 
e uma parte da energia surge como energia 
radiante ou energia térmica que não é aproveitada.
Grupo
✘ Mateus Yunes de Meirelles
✘ Diego Simão Gonçalves
✘ Eduardo Carpes Dib
Fontes de Pesquisa
1. https://www.preparaenem.com/fisica/contribuicoes-james-prescott-joule.htm
2. https://www.ufrgs.br/amlef/glossario/james-prescott-joule/
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6. https://nationalmaglab.org/education/magnet-academy/history-of-electricity-magnetism/pioneers/james-joule#:~:te
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8. PASSOS,Júlio César. Os experimentos de Joule e a primeira lei da termodinâmica. Rev. Bras. Ensino Fís., São Paulo , v. 31, n. 3, p. 3603.1-3603.8, 
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https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/primeira-lei-termodinamica/historia#:~:text=A%20primeira%20lei%20da%20termodin%C3%A2mica,em%20calor%20e%20vice%2Dversa.&text=A%20primeira%20lei%20da%20termodin%C3%A2mica%20afirma%20que%3A%20%22A%20energia%20total,nem%20destru%C3%ADda%2C%20permanece%20constante%22
https://pt.solar-energia.net/termodinamica/leis-da-termodinamica/primeira-lei-termodinamica/historia#:~:text=A%20primeira%20lei%20da%20termodin%C3%A2mica,em%20calor%20e%20vice%2Dversa.&text=A%20primeira%20lei%20da%20termodin%C3%A2mica%20afirma%20que%3A%20%22A%20energia%20total,nem%20destru%C3%ADda%2C%20permanece%20constante%22
https://www.infoescola.com/fisica/primeira-lei-da-termodinamica/
http://www.if.ufrgs.br/~leila/termodi.htm