AULA 03 FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA ANTONIO CADILHE UFMG

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Primeira Lei da Termodinâmica 
Em um processo termodinâmico de equilíbrio, o estado de um 
sistema se transforma gradualmente. A energia total do universo 
permanece inalterada... 
MC Escher - Metamorphosis II 
Primeira Lei da Termodinâmica 
A energia flui entre a vizinhança e o sistema 
nas formas de calor e trabalho. 
Convenção : O Calor fornecido para o sistema e 
o Trabalho realizado pelo sistema serão definidos como positivos. 
(atenção: alguns autores usam definição diferente) 
∫∫∫ ==⋅= dVPdxPAdW xF
Trabalho realizado em uma variação de volume 
∫=
2
1
V
V
dVPW
O trabalho realizado pelo sistema é dado pela área sob a curva PV. 
Ele depende do processo (caminho) e pode ser positivo ou negativo. 
Energia Interna e a Primeira Lei da Termodinâmica 
WQUUU −=Δ=− 12
O fluxo de energia entre a vizinhança e o sistema 
altera a energia interna deste. 
Q e W dependem do caminho (processo). 
U depende apenas do estado do sistema! 
(1a lei) 
-Em um processo cíclico ΔU = 0 Q = W 
-Em um processo adiabático Q = 0 ΔU = -W 
-Em um processo isocórico W= 0 ΔU = Q 
-Para um sistema isolado W = Q = 0 ΔU = 0 
-Em um processo isobárico W = p ΔV ... 
-Em um processo isotérmico ... ... 
Relações energéticas para processos termodinâmicos 
⇒−=Δ WQU
Energia interna de um gás ideal e a expansão livre 
Na expansão livre de um gás ideal (gás real a baixa pressão), o volume e a 
pressão se alteram, mas não a temperatura. 
Por se tratar de um processo isolado, a energia interna não varia e só 
pode depender da temperatura: U(T) 
Tipos de processos de um gás ideal 
TnCU
TnCQW
V
V
Δ=Δ⇒
Δ== ;0
Processo isocórico 
Processo isobárico 
TRCnU
TnCQTnRVpW
p
p
Δ−=Δ⇒
Δ=Δ=Δ=
)(
;
logo 
RCC Vp +=
Calor específico de um gás ideal 
Processo adiabático de um gás ideal / Trabalho 
V
V
nRTVPTnCW
TnCUQ
V
V
δδδ
δδ
==−=⇒
== ;0
assim 
( )
V
V
V
V
C
CC
V
V
C
R
T
T
V
Vp
V
δ
γ
δδδ 1−−=
−
−=−=
com 
V
p
C
C
≡γ . Integrando: 
( )
ctePVV
nR
PVTV
cteTVcteTV
VVTT
=⇒=
=⇒=
⇒−−=
−−
−−
γγγ
γγ
γ
11
11
1212
)ln(
)/ln(1)/ln(
ou 
( )
( ) )1/(
/)(
2211
112212
−−
=−−=−−=Δ−=
γVPVP
RVPVPCTTnCUW VV
E finalmente