Aula 05 - Termodinâmica Parte 1

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Termodinâmica
� Termodinâmica estuda a as relações de
transferências de energia entre um sistema
e seu meio ambiente e as variações energia
entre um sistema e seu meio ambiente e as
variações resultantes na temperatura ou
mudanças de estado.
Explica porque as reações 
ocorrem e permite a predição 
do calor que elas liberam e o 
trabalho que podem executar
Conceitos básicos
� Sistemas
◦ O que quer que se encontre numa dada região 
do espaço rodeada por uma superfície real ou 
conceitual (fronteira)
� Aberto
� Fechado 
� Isolado
� Vizinhança
◦ Região do espaço exterior ao sistema, que pode 
influenciar o comportamento ou condição do 
sistema (pode ser isolado do sistema). 
Trabalho e energia
� Trabalho
◦ Movimento contra uma força oposta
� Trabalho = força x distância
� Joule = Kg x m2 x s-2
� Energia 
◦ Energia interna (U)
� Capacidade de um sistema realizar trabalho
� ∆U = w
� ∆U negativo � energia interna diminuiu
� ∆U positivo � energia interna aumentou
w =quantidade de trabalho realizado sobre o sistema. 
Trabalho e energia
� Tipos de trabalho:
◦ Trabalho de Expansão
Ex: um gás que se expande em um cilindro 
provido de pistão empurra a atmosfera
◦ Trabalho de não-Expansão
Ex: fluxo de corrente elétrica produzida pelas 
reações químicas de uma bateria pode ser 
utilizado para levantar peso em um sistema que 
contém um motor elétrico.
Trabalho de expansão
VPwdAPwdfw extext ∆×−=→××=→×=
Trabalho = força X distância
Como força = Pext x área 
e área x distância = volume, temos que:
d
Trabalho de expansão
� � � ������	
� Pressão constante
� � � ��� vácuo � livre expansão
Ex.1: Suponha que um gás sofre uma expansão 
de 500 mL contra uma pressão de 1,2 atm. Qual 
foi o trabalho realizado na expansão?
P = Pa = Kg x m-1 x s-2 ; V = m3 ; 
Pa x m3 = Joule 
conversão: 1L x atm = 101,325 J
Trabalho de expansão 
� Processo reversível � pode ser revertido 
por uma mudança infinitesimal de uma 
variável.
� Processo irreversível � processo real
� Expansão reversível e isotérmica �
Pressão do gás diminui gradativamente 
com a variação de volume.
Expansão reversível e isotérmica
� Lei de Boyle � 
� � �
�
(T = constante)
� Para calcular o trabalho, deve-se levar em 
conta que a pressão externa varia.
Expansão reversível e isotérmica
� � � ������	
�como�a�variação�é�infinitesimal:
� � � ������ 
 como ���� ≈ Pgás
� � � ��� 
 como gás ideal obedece PV =nRT
� � ��
!"#$�%&
&
integrando temos:
� � � ��'
"#$�%&
&
&(
&)
= -nRT '
%&
&
&(
&)
, Logo:
� � Realiza-se mais trabalho com temperaturas 
mais altas.
��= -nRT ln
&(
&)
Calor
� Calor é a energia transferida entre um sistema e
sua vizinhança devido a uma diferença de
temperatura entre eles.
� Pode alterar energia interna de um sistema pelas
trocas de calor com a vizinhança.
Talta����T baixa
� q = energia na forma de calor
� Quando a energia interna se altera por causa das
trocas de calor� 	* � +�
� q>0 � energia entra no sistema � processo
endotérmico
� q<0 � energia sai do sistema � processo
exotérmico
� 1 cal = 4,184 J
Medidas de calor
� , � �
-
	$
� capacidade calorífica � prop. extensiva
� Cs ��
.
/
�� capacidade calorífica específica
� Cm ��
.
"
� capacidade calorífica molar
� Calorímetro: dispositivo no qual o calor 
transferido é monitorado pela variação de 
temperatura.
� 0123� � ,123�	4
Primeira lei da Termodinâmica
� Em muitos processos ∆U é alterada em
consequência do trabalho e do calor, logo:
� Calor e trabalho são formas de transferência
de energia e, portanto, ΔU de um sistema
varia de acordo com as variações destas
duas propriedades.
� Ex.2. Um motor de automóvel realiza 520
KJ de trabalho e perde 220 KJ de calor. Qual
é variação da energia interna do motor?
∆U = q + w
Primeira lei da Termodinâmica
� A energia interna de um sistema isolado é 
constante � não troca energia de nenhuma 
forma.
� Se o sistema tem volume constante� não 
realiza trabalho de expansão. Se temos que 
o sistema também não realiza outros tipos 
de trabalho (w = 0), qualquer ∆U = q.
Transferência de calor sob Pconst
� A variação de entalpia de um sistema é igual 
ao calor liberado ou absorvido em pressão 
constante.
� ,565�	7 � 0 8 � 9�	: � 0 8 � 8 �	
;�
� Para trabalho de expansão: 
� � ������	
 9�	: � 0 � �����	
 8 �	
� Como Pext = P � ΔH = q
	< ��	* 8 =	>