aula-termodinamica-20081

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1ª e 2a Leis
da 
Termodinamica
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
Nasceu em 
Salford - Inglaterra
James P. Joule
(1818-1889)
Contribuição de James Joule.
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 de 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 fechado
Sistema que não troca energia 
nem massa com a sua vizinhança.
Sistema Aberto
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 constante
Isobárico Pressão constante
Isovolumétrico volume constante
Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.
Transformações
1a Lei da Termodinâmica
ΔU = U2 – U1
Variação Energia Interna
W > 0 → sistema realiza trabalho
W < 0 → sistema sofre trabalho
Q > 0 → sistema recebe calor
Q < 0 → sistema perde calor
1a Lei
Q = W + ΔU
Sistema Fechado
Q = W + ∆U 
Gás
Expansão nula
W = 0
Δ U = Q 
ΔU depende apenas 
de ΔT. 
ΔT = 0 → ΔU = 0
ΔT > 0 → ΔU > 0
ΔT < 0 → ΔU < 0
Como U é uma 
variável de 
estado, ΔU não 
depende do 
processo.
Variação da Energia Interna
A energia interna de um gás é função apenas 
da temperatura absoluta T.
O calor Q que passa pelas fronteiras 
do sistema depende do processo.
∆V = V2 -V1
∆U = Q - W
W
depende de 
como a pressão 
e volume mudam 
no processo.
W = F.d
F = Pr.S
W = Pr.S.d
W = Pr.ΔV
.
O trabalho que 
atravessa a fronteira
depende do processo?
P1V1 = nRT1
Estado 1
no de moles
Constante dos gases
R = 8,31 J/mol.K = 2 cal/mol.K
Diagramas P x V
Gases ideais
1P1
V1
T1Como as variáveis 
de estado se 
relacionam?
Equação de estado
1ª Lei da Termodinâmica
W = 0
Q = m  CV  (T2-T1)
Calor específico 
a volume constante
U = Q 
∆V = 0
Transformação de 1 → 2
Volume invariável
Isovolumétrica
Processo isovolumétrico
Transformação a volume constante
Q = W + U 
Q = + m CP(TB - TA)
calor específico
a pressão constante
W = Po [VB-VA]
1ª Lei da Termodinâmica
Q = W + U 
Transformação a pressão constante
Processo isobárico
Êmbolo movimentado 
lentamente
∆U = 0 → ∆T=0
Transformação à temperatura constante
 Q = W
Q = W + 0
Processo Isotérmico
Movimento rápido do êmbolo.
Q = 0
W = - ∆U 
Primeira Lei da Termodinâmica
Q = W + ∆U 
Q = 0 → ∆U= - W
Compressão adiabática
Trabalho transforma-se em calor
Q = 0
O processo ocorre tão 
rapidamente que o 
sistema não troca calor 
com o exterior.
W
Área sob o grafico 
Processo adiabático
Transformação sem troca de calor
3.- Wciclo = W = área 12341
Wciclo > 0 → Qciclo  0
O sentido do ciclo no diagrama PV : horário. 
O sistema recebe Q e entrega W 
1a Lei da Termodinâmica
Qciclo = Wciclo + ∆Uciclo
Qciclo = Wciclo
1.- ∆Uciclo = ∆U = 0 pois Tfinal = Tinicial
2.- Qciclo = Q
Processos cíclicos
“Trabalham” em ciclos.
Máquinas Térmicas
Fonte quente
Fonte fria
Trabalho
Ciclo
De onde a 
máquina retira 
calor QHot.
Para onde a 
máquina rejeita 
calor QCold
A máquina de Denis Papin
1647 - 1712
Em cada ciclo 
W = Q1-Q2
Eficiência = W/Q1= (Q1-Q2)/Q1
ε = [1 – Q2/Q1]
∆U = 0
Eficiência térmica: 1ªLei
Refrigerador
12: compressão adiabática em um compressor 
23: processo de rejeição de calor a pressão constante 
34: estrangulamento em uma válvula de expansão (com a respectiva queda de pressão) 
41: absorção de calor a pressão constante, no evaporador 
Ciclo Refrigerador
Qual o limite da eficiência 
de uma máquina térmica ?
ε = [1 – Q2/Q1]
Q1 → 0
ε → 1
É possível construir esta 
máquina?
ε → 100%
A eficiência da Máquina de Carnot
No ciclo:
∆U=0 → W = Q1 - Q2
ε = W/Q1 = [Q1-Q2]/Q1 = 1 - Q2/Q1
Q2/Q1 = T2/T1
ε = (1 - Q2/Q1) = (1 - T2/T1)
ε = 1 - T2/T1
Princípio de Carnot
"Nenhuma máquina térmica real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1 e T2 , pode 
ser mais eficiente que a "máquina de Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"
BC e DA = adiabáticas
Ciclo reversível
A máquina ideal de Carnot