Termodinamica parte 02- Energia interna e Leis da termodinamica

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Termodinâmica II 
Energia Interna 
A energia interna, U é uma característica do estado no qual o gás se encontra. É obtida pela soma 
das energias de casa molécula do gás considerado. Para um gás perfeito monoatômico, demonstra-
se que: 
𝑼 =
𝟑
𝟐
𝒏. 𝑹. 𝑻 
Em que n é o número de mols que há nesse gás e T é a temperatura na qual se encontra. Utilizando 
a equação de Clapeyron, podemos obter: 
𝑼 =
𝟑
𝟐
𝒑. 𝑽 
Em que p e V são a pressão e o volume do gás no estado em que se encontram. 
Trabalho numa transformação isobárica 
Seja uma transformação gasosa à pressão constante. Na expressão, o gás realiza trabalho contra o 
meio externo, e na compreensão, é realizado trabalho sobre e o gás. Assim, como p=constante, o 
trabalho(W) nesse tipo de transformação é dado por: W=p.∆V (em que ∆V corresponde a variação 
de volume sofrido na transformação). 
 
Primeira lei da Termodinâmica 
A Primeira Lei da Termodinâmica é uma aplicação o princípio da conservação da energia para 
os sistemas termodinâmicos. De acordo com essa lei, a variação da energia interna de um sistema 
termodinâmico equivale à diferença entre quantidade de calor absorvido pelo sistema e o trabalho por 
ele realizado. 
A variação de energia interna (∆U) de um sistema 
termodinâmico é equivalente à diferença entre a 
quantidade de calor trocada pelo sistema (Q) e o trabalho 
realizado ou recebido por ele(W). 
 
∆U=Q-W 
 
 
 
Aplicações nas transformações gasosas 
GOVERNO DO ESTADO DE RONDONIA – PORTO VELHO 
IEE CARMELA DUTRA 
DISCIPLINA: FÍSICA 
PROFESSORES: FERNANDA BEATRIZ DE OLIVEIRA MOURA 
APOSTILA 2021 – SÉRIE: 2º ANOS 
ALUNO(A): _______________________________________________ - TURMA: _______ 
https://brasilescola.uol.com.br/fisica/energia-interna.htm
https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/fisica/o-que-e-calor-sensivel.htm
• Isobárica: Quando o gás permanece a uma pressão constante, dizemos que a 
transformação é isobárica. 
𝑸 = 𝒎. 𝒄𝒑. ∆𝑻 𝒐𝒖 𝑸 = 𝒏. 𝑪𝒑. ∆𝑻 
Onde Cp é calor especifico molar do gás á pressão constante. 
 
• Isocórica ou isovolumétrica: Quando o volume e a massa são constantes, e tem-se 
variação na pressão e na temperatura, dizemos que a transformação é isovolumétrica. Nesse 
caso, o trabalho é nulo. 
∆U=Q e Q=n.Cv.∆T 
 
• Isotérmica: a transformação é isotérmica quando a temperatura permanece constante. 
Logo, a variação de energia interna é nula. 
∆U=0 e Q=−𝝉 
 
• Transformação adiabática: Quando não há troca de calor com o meio ambiente, 
dizemos que a transformação é adiabática. 
Q =0 e ∆U=−𝝉 
 
• Transformação Cíclica: A transformação cíclica é um conjunto de transformações 
tais que o estado final do gás coincide com seu 
estado inicial. 
o gás terá suas temperaturas inicial e final 
iguais: 
 
∆U=0 
Qciclo=−𝝉 
 
 
 
Segunda lei da termodinâmica 
Podemos enunciar a segunda lei da termodinâmica como: O calor flui espontaneamente dos 
pontos de maior temperatura para os de menor temperatura. É impossível transformar calor 
integralmente em trabalho. Outra maneira de enuncia essa lei é: Uma máquina térmica operando em 
ciclos entre duas fontes térmicas operando em ciclos entre duas fontes térmica não pode ter 
rendimento 100%. 
 
Maquinas térmicas 
 Chamamos de máquina térmicas, as máquinas capazes de transformar calor em trabalho. Porém, 
não conseguem converter todos o calor em trabalho, já que o rendimento delas é sempre inferior a 
100%. Essas máquinas atuam em ciclos e usam duas fontes frias que é para onde o calor que foi 
desprezado é conduzido, e uma fonte quente, que é onde recebem calor. 
 
- Calor recebido pela fonte quente é 
representado por Q1. 
- Calor desprezado na fonte fria Q2. 
- Trabalho realizado pela máquina térmica é W 
Onde temos a seguinte equação: 
W=Q1-Q2 
O rendimento (𝜂) de um motor térmico 
é obtido comparando-se o trabalho realizado 
por ela (W ou 𝜏) em relação á quantidade de 
calor recebida (Q1): 
𝜼 =
𝝉
𝑸𝟏
= 
𝑸𝟏 − 𝑸𝟐
𝑸𝟏
= 𝟏 −
𝑸𝟐
𝑸𝟏
 
 
 
 
Ciclo de Carnot 
Até o século XIX pensava se seria possível uma máquina de ideia capaz de transformar toda 
energia recebida em trabalho. em 1824, Sadi Carnot demostrou que a construção de tal maquina era 
impossível. Para provar, Carnot forneceu um modelo teórico de máquina cujo ciclo tinha seu 
aproveitamento máximo, assim apresentando seu rendimento total, tal maquinas operam com o 
ciclo de Carnot. 
Tal ciclo é representado pela 
figura ao lado e seu rendimento é 
dado pela equação: 
𝜼 = 𝟏 −
𝑻𝟏
𝑻𝟐
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade 
01. Determine o módulo da energia térmica contida em dois mols de um gás ideal monoatômico a 227 
ºC. Dados: R = 0,082 atm/l.mol.K. 
 
02. Descreva sucintamente a 1 e a 2 lei da termodinâmica. 
 
03. Determinada maquina térmica opera segundo os ciclos de Carnot, entre duas fontes com 
temperaturas iguais a 227°C e 327°C, rejeitando em cada ciclo/ 200cal para a doente fria. Calcule: 
a) o rendimento dessa maquina 
b) a quantidade de calor que ela recebe da fonte quente a cada ciclo. 
 
04. UNAMA) Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa temperatura está a 7,0°C apresenta um 
rendimento de 30%. A variação de temperatura, em Kelvin, da fonte quente a fim de aumentarmos 
seu rendimento para 50% será de? 
 
 Questões do Livro Didático 
• pagina 127- Leia o texto Motor a Explosão (pg. 126 e 127) resuma e 
responda as 2 questões do fim do texto 
• pagina 136 
Questões de integração 1 a 10. Só as respostas (justifica com cálculos se necessário). 
 
Questões do Livro Revisa Mais pagina 180 
Questões 1 a 5. Só as respostas justificadas com cálculos se necessário.