Primeira lei da TD

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Curso Técnico Integrado em Química
Físico-química I
VÍDEO AULA 	
1º Lei da Termodinâmica (parte 1): 
Definições e conceitos
Implicações na Físico-química
	
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Professor: Me. Sebastião Junior T. Vasconcelos
Conteúdo na íntegra: 
PORTAL QUÍMICA CRATEÚS
https://sites.google.com/site/quimicacrateus/	
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
1. TERMODINÂMICA E SUAS LEIS
Termodinâmica: Ramo das ciências naturais dedicado ao estudo da energia, suas propriedades e transformações no universo. 
Therme (calor) + Dynamis (poder) 
No passado: Estudo e aprimoramento de máquinas a vapor 
Desenvolvimento ligado à Revolução Industrial e ao avanço das ciências 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
1. TERMODINÂMICA E SUAS LEIS
Máquina a vapor
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
1. TERMODINÂMICA E SUAS LEIS
Máquina a vapor
 Calor do vapor Movimento 
 Energia sob forma de calor Energia como Trabalho
 (conceito desconhecido na época) 
 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
1. TERMODINÂMICA E SUAS LEIS
A Termodinâmica possui 4 leis: 
Lei Zero: equilíbrio do térmico (1850-1860)
Primeira Lei: conservação de energia (1840-1850)
Segunda Lei: sentido natural das mudanças (1850)
Terceira Lei: desordem no zero absoluto (1910)
O que é uma lei natural?
Comportamento da natureza que não permite exceções. Leis naturais são empíricas. 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
Sistema, vizinhança e universo 
Sistema = parte do universo onde ocorre o fenômeno de interesse.
 
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 Aberto Fechado Isolado. 
 Fronteira DIATÉRMICA
Permite passagem do calor 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
Sistema, vizinhança e universo 
Sistema = parte do universo onde ocorre o fenômeno de interesse.
 
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 Aberto Fechado Isolado. 
 Fronteira ADIABÁTICA
Não permite passagem do calor 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
 
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 Aberto Fechado Isolado. 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
Vizinhança = é tudo que circunda o sistema, podendo interferir nele. 
Universo = é o conjunto do sistema e a vizinhança. 
 
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2. CONCEITOS
Calor (q) e temperatura (T)
Calor: Fluxo de energia que se manifesta em decorrência de uma diferença de temperatura. 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
Temperatura: medida do grau de agitação molecular (energia térmica)
 
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T1 T2 T3
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
2. CONCEITOS
Percebemos o calor por meio da radiação infravermelho
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
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d
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Diferença entre calor e trabalho
 
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Calor Trabalho 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
3. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
Dois corpos em diferentes temperatura quando postos em contato trocarão energia sob a forma de calor até alcançarem uma mesma temperatura (equilíbrio térmico).
O calor flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura, até que ambos alcancem uma mesma temperatura. 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
3. LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
 
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T1 T2 
T1 T2 
T2 > T1 
T2 = T1 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Se um corpo A está em equilíbrio térmico com um corpo B e o corpo B está em equilíbrio térmico com um corpo C, então, a temperatura de A é a mesma de C. 
 
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TA = TB 
TB = TC 
TA = TC 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
O funcionamento de termômetros está ligado à Lei Zero da Termodinâmica. 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
4. PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Princípio da conservação de energia. 
A energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas transformada.
Toda a energia presente no universo hoje é a mesma de sempre. 
Toda processo que ocorre num sistema isolado possui variação de energia interna nula. 
 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Mas o que é energia interna?
Energia interna (U) é o somatório de todas as formas de energia que contribuem para a energia total de um sistema. 
 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Mas o que é energia interna?
Etotal = Ecinética + Epotencial 
 
 
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Moléculas de um gás 
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Características da energia interna (U)
É uma função de estado
Não pode ser calculada diretamente
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Função de estado: uma propriedade que não depende de como a transformação é feita, mas apenas do estado inicial e final do sistema. 
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Características da energia interna (U)
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ΔU = U100ºC – U25ºC
U25ºC
U100ºC
U25ºC
U50ºC
U75ºC
U100ºC
ΔU = U100ºC – U25ºC
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Características da energia interna (U)
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Transformação 1 
U1
T (ºC)
t (min)
25
50
75
100
Transformação 2 
U2
U1 = U2
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Consequência do enunciado da 1º Lei da Termodinâmica
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U1
U2
ΔU = U2 – U1 
ΔU = 0
U2 = U1 
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Consequência do enunciado da 1º Lei da Termodinâmica
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O universo é um sistema isolado.
Ou seja, pela primeira lei: 
ΔU = 0
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
5. CÁLCULOS DE ENERGIA INTERNA
Empiricamente, descobriu-se que
ΔU = q + w
 calor trabalho
 energia desordenada energia ordenada
 
 
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FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Sinal de q e w n
Ao receber energia da vizinhança na forma de q ou w, o sistema aumenta sua energia interna. O inverso ocorre quando o sistema transfere energia para a vizinhança (sob a forma de q ou w). 
Exemplo 1: o sistema abaixo recebeu 450 J de energia na forma de calor mas expandiu, realizando 300 J de trabalho sobre a vizinhança. Qual a variação de energia interna do sistema? 
 
 
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450 J de q
300 J de w
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
ΔU = q + w
ΔU = +450 J + (-300 J)
ΔU = + 150 J
 
 
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+ 450 J de q
- 300 J de w
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Exemplo 2: De quanto será a variação de energia interna de um sistema quando se são aplicados sobre ele 1200 J de trabalho e se retira 1,5 kJ de calor? 
ΔU = q + w
ΔU = - 1,5 kJ + 1200 J
ΔU = - 1500 J + 1200
J = - 300 J
 
 
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 +1200 J de w
- 1,5 kJ de q
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Experimento de Joule (1840)
Joule demonstrou que calor e trabalho são entidades interconversíveis. 
 
 
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A unidade no SI para energia é J. 
1J = 4,18 cal
FÍSICO-QUÍMICA I – 1º LEI DA TERMODINÂMICA
Bibliografia 
ATKINS, P.; PAULA, J. Físico-Química (v.1). Rio de Janeiro: LTC, 2008. 
BALL, D. W. Físico-Química (v. 1). São Paulo: Thomson: 2005. 
CASTELLAN, G. W.; Fundamentos Físico-Química, Rio de Janeiro: LTC, 2010.
NOBREGA, M. L.; FREIRE Jr, O.; PINHO, S. T. R. Max Planck e os enunciados da segunda lei da termodinâmica. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 35, n. 2, 3601, 2013. 
 	
 
 
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Curso Técnico Integrado em Química
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OBRIGADO!	
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