Leis da Termodinámica

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Discentes: Giovanna Lorena e Izaura 
Leis da Termodinâmica 
Relação entre Calor, energia e Trabalho 
 
A Termodinâmica estuda a troca de matéria e a troca de energia pelo trabalho e 
pelo calor entre sistemas ou entre um sistema e sua vizinhança. Trabalha com 
os estados de equilíbrio e com as propriedades macroscópicas que caracterizam 
os sistemas. 
 
Lei zero Associada ao conceito de temperatura 
Primeira Lei da 
Termodinâmica 
Relacionada ao conceito de energia 
Segunda Lei da 
Termodinâmica 
Associada ao conceito de entropia 
 
 
• LEI ZERO 
Indica as condições para o equilíbrio térmico. 
Essa lei afirma que se dois corpos A e B estão separadamente em equilíbrio 
térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre 
si. Desse modo, quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em 
contato, o corpo que estiver mais quente transfere calor para o que estiver mais 
frio. Assim, as temperaturas de ambos se igualam fazendo com que ocorra o 
equilíbrio térmico. 
Além disso, permite a definição de uma escala de temperatura em Celsius, 
Fahrenheit, Kelvin, Réaumur, Rankine, Newton e Leiden. De acordo com essa 
lei, entre as condições para o equilíbrios térmico está a influência dos materiais 
que tornam a condutividade térmica maior ou menor. 
Em termos práticos, para saber se dois sistemas têm a mesma temperatura não 
é necessário colocá-los em contato térmico entre si, bastando verificar se ambos 
estão em equilíbrio térmico com um terceiro corpo. 
 
 
 
 
 
 
Tomamos dois sistemas 
diferentes e colocamos um 
em contato com o outro através 
de uma parede imóvel, 
impermeável à passagem de 
matéria, mas que permita a 
passagem de energia por 
calor. A partir do momento em que as propriedades dos sistemas deixam de 
variar, eles terão alcançado o equilíbrio térmico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
TA = TC 
TB = TC 
TA = TB 
 
 
• PRIMEIRA LEI DA TERMODINÁMICA 
Esta lei representa a aplicação do princípio de conservação da energia a 
sistemas termodinâmicos. 
Afirma que é possível elevar a temperatura de um sistema pela adição de calor 
(energia térmica), mas também efetuando-se trabalho sobre ele. 
 
https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/20/principio-de-conservacao-da-energia/
A energia interna U de um sistema é a soma das energias cinéticas e das 
energias potenciais de todas as partículas que formam esse sistema e, como tal, 
é uma propriedade do sistema. Isto significa que qualquer variação ΔU na 
energia interna só depende do estado inicial e do estado final do sistema no 
processo considerado. 
A primeira lei da Termodinâmica estabelece o seguinte: se um sistema troca 
energia com a vizinhança por calor e por trabalho, então a variação da sua 
energia interna é dada por: 
ΔU = Q − W 
W representa a quantidade de energia transferida do sistema para a vizinhança 
por trabalho 
Q representa a quantidade de energia transferida da vizinhança para o sistema 
por calor. Por isso: 
• W > 0: o sistema se expande e perde energia para a vizinhança. 
• W < 0: o sistema se contrai e recebe energia da vizinhança. 
• Q > 0: a energia por calor passa da vizinhança para o sistema. 
• Q < 0: a energia por calor passa do sistema para a vizinhança. 
 
Um gás (como ar ou hélio) preso em um recipiente com um pistão móvel 
encaixado firmemente (como mostrado abaixo). Vamos considerar que o pistão 
possa se mover para cima e para baixo, comprimindo o gás ou permitindo que 
ele se expanda (mas o gás não pode sair do recipiente). 
 
 
 
 
Os moléculas de gás presas no recipiente são o "sistema". Essas moléculas de 
gás têm energia cinética. 
A energia interna de nosso sistema pode ser pensada como a soma de todas 
as energias cinéticas das moléculas de gás tomadas individualmente. Então, se 
a temperatura do gás aumenta, as moléculas aumentam sua velocidade e a 
energia interna do gás aumenta (o que significa que é positivo). Da mesma 
forma, se a temperatura do gás diminui, as moléculas diminuem sua 
velocidade, e a energia interna do gás diminui (o que significa que é negativo). 
É realmente importante lembrar que a energia interna e a temperatura vão 
aumentar quando a velocidade das moléculas de gás aumentar, já que elas são, 
na verdade, duas maneiras de medir a mesma coisa: quanta energia há em um 
sistema. Como a temperatura e a energia interna são proporcionais , se a 
energia interna for dobrada, a temperatura é dobrada. Da mesma forma, se a 
temperatura não variar, a energia interna não varia. 
Um modo pelo qual podemos aumentar a energia interna (e, portanto, a 
temperatura) do gás é transferindo calor para o gás. Podemos fazer isso 
colocando o recipiente sobre um bico de Bunsen ou submergindo-o em água 
fervendo. A alta temperatura do ambiente então conduz calor termicamente por 
meio das paredes do recipiente e no gás, fazendo com que suas moléculas se 
movam mais rápido. Se o calor entrar no gás, será um número positivo. Por 
outro lado, podemos diminuir a energia interna do gás transferindo calor para 
fora dele. Poderíamos fazer isso colocando o recipiente em um banho de gelo. 
Se o calor deixar o gás, será um número negativo. Essa convenção de sinais 
para o calor é representada na imagem abaixo. 
 
 
 
 
Como o pistão pode se mover, ele pode realizar trabalho no gás, movendo-se 
para baixo e comprimindo o gás. A colisão do pistão que se move para baixo 
com as moléculas de gás faz com que as moléculas se movam mais rápido, 
aumentando a energia interna total. Se o gás é comprimido, o trabalho realizado 
no gás á é um número positivo. Por outro lado, se o gás se expande e empurra 
o pistão para cima, um trabalho é realizado pelo gás. A colisão das moléculas de 
gás com o pistão que recua faz com que as moléculas se movam mais devagar, 
diminuindo a energia interna do gás. Se o gás se expande, o trabalho realizado 
no gás é um número negativo. Essa convenção de sinais para o trabalho é 
representada na imagem abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
• O processo termodinâmico pode ser feito nas diversas condições 
isobárico, adiabático ou isotérmico, 
• Independente do processo termodinâmico em que o trabalho foi realizado 
a energia interna do sistema depende só das configurações iniciais e 
finais, 
 
• SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
Estabelece condições para que as transformações termodinâmicas ocorram. 
Desenvolvida por Rudolf Clausius, ela diz que para um sistema realizar 
conversões de calor em trabalho, ele precisa realizar ciclos entres fontes de calor 
quente e fria de forma sucessiva. Assim, ocorre a transformação de calor em 
trabalho por um processo cíclico. 
Por exemplo, estão de acordo com essa lei tanto a passagem de energia, por 
calor, de um corpo de temperatura maior a outro de temperatura menor, quanto 
a passagem de energia, por calor, de um corpo de temperatura menor a outro 
de temperatura maior. No entanto, na Natureza, observamos que é possível a 
passagem espontânea de energia por calor apenas de um corpo de temperatura 
maior a outro de temperatura menor. A segunda lei da Termodinâmica dá conta 
desta falta de simetria. 
 
Essa lei se baseia nos enunciados: 
 
 
• Enunciado de Kelvin: Aborda a incapacidade dos dispositivos térmicos 
converterem todo o seu calor em trabalho. 
Nenhum sistema pode realizar qualquer processo cíclico cujo único efeito seja 
retirar, por calor, certa quantidade de energia de um único reservatório térmico 
e ceder, por trabalho, uma quantidade igual de energia para a vizinhança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Enunciado de Clausius: Aborda sobre o fluxo de calor ser do corpo mais 
quente para o corpo mais frio. 
O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, 
para um outro corpo de temperatura mais alta; 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Enunciadopela Entropia: Essa lei também se baseia no conceito de entropia 
(é a medida de grau de desordem de um sistema). A entropia de um sistema 
isolado não se altera, pois esse sistema não troca energia e nem matéria com a 
vizinhança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A entropia é medida em kelvin (K), e sua fórmula é dada pela razão entre a 
quantidade de calor transferida durante um processo isotérmico pela 
temperatura em que esse processo ocorreu. Observe: 
 
ΔS = 
𝜟𝑸
𝑻
 
 
ΔS – variação de entropia 
ΔQ – quantidade de calor 
T – temperatura 
https://mundoeducacao.uol.com.br/fisica/calor.htm
https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/lei-boyle-sobre-transformacao-isotermica.htm
 
• ΔQ < 0 processo isotérmico, quando um sistema perde calor, sua 
entropia diminui. 
• ΔQ > 0 Quando um sistema recebe calor , sua entropia aumenta. 
• ΔQ = 0 Quando um sistema não realiza trocas de calor , sua 
entropia permanece constante. 
• 
Entropia: 
Quantidade estatística – trazendo um resultado estatístico 
É o número ou quantidade que conta o número total de possíveis maneiras nas 
quais os átomos de um objeto pode ser arranjado. 
1- Em cada estado que o sistema se encontra com o passar do tempo, nós 
devemos ser capaz de dizer qual era seu estado anterior e o seu estado futuro, 
e que estados que são distintos em um estante de tempo devem permanecer 
distintos em todos os estantes. 
2 -Sistema determinístico e reversível 
3 - Na natureza só processos em que a antropia aumenta são permitidos. 
4 – A entropia total de um sistema isolado nunca pode diminuir. 
Eventos macroscópicos possuem apenas uma direção de ocorrência. 
 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
VAN WYKEN, G. J.; SONNATAG, R. E.; BORGNAKKE, C. Fundamentos da termodinâmica 
clássica. São Paulo: Edgard Blücher, 1995. 
BORGNAKKE, C.; SONNTAG, R. E.; Fundamentos da Termodinâmica. São Paulo: Edgard 
Blücher, 2009.