Termodinamica 1

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UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ 
TERMODINÂMICA 
PROFESSORA CAMILA PEREIRA 
 
 
 CONCEITOS E DEFINIÇÕES 
 
 
Introdução 
 
Nas máquinas térmicas a energia é utilizada em benefício da vida do homem. Estas máquinas 
englobam o armazenamento, a transferência e a conservação de energia. Por exemplo, a energia 
armazenada nas ligações químicas dos combustíveis pode ser convertida em potência elétrica ou 
mecânica. 
A palavra termodinâmica origina-se das palavras gregas TERMO (calor) e DINÂMICA (força). 
Pode-se definir termodinâmica como a ciência que trata do calor, do trabalho e das propriedades 
relacionadas ao calor e ao trabalho. 
 
Definições do Sistema Termodinâmico Fechado e do Volume de Controle 
 
Sistema é tudo aquilo que se deseja estudar. Tudo o que é externo ao sistema é considerado como 
parte da vizinhança do sistema. 
Dois tipos básicos são estabelecidos, sendo o primeiro chamado de sistema fechado (ou massa de 
controle) e o sistema aberto (ou volume de controle). O sistema fechado é definido quando se trata de 
uma quantidade fixa de massa e um sistema aberto é especificado quando a análise envolve fluxos de 
massa. 
 
Propriedades, Estado e Processo 
 
As propriedades termodinâmicas são funções de estado, ou seja, não dependem do caminho. 
Exemplos: massa, volume, energia, pressão e temperatura. 
Calor (Q) e trabalho (W) não são propriedades termodinâmicas, pois levam em conta variações de 
energia que ocorrem na vizinhança. Eles dependem da natureza do processo e podem ser associados a 
áreas em vez de pontos em um gráfico. 
O estado é a condição de um sistema como descrito por suas propriedades. 
O processo é uma transformação de um estado para outro. 
Por definição, um CICLO TERMODINÂMICO é uma sequência de processos que se inicia e 
termina no mesmo estado. 
Processos especiais: 
- Isotérmico: a temperatura é constante 
- Isobárico: a pressão é constante 
- Isocórico: o volume é constante 
 
Lei Zero da Termodinâmica 
 
Quando dois corpos estão em equilíbrio térmico, suas temperaturas são iguais. 
Quando dois corpos têm igualdade de temperatura com um terceiro corpo, eles terão igualdade de 
temperatura entre si. 
 
Trabalho (W) 
 
Trabalho (W) é realizado sempre que uma força atua ao longo de uma distância. 
 
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dW = F dl “F” = força e “d” = distância” 
Sendo 
 
 
 “A” = área 
 
dW = P∙A dl 
 
Sendo = A×dl 
 
dW = - P d ou W = - 
 
 
 
 
Onde “P” é a pressão externa constante. 
A unidade de trabalho e, portanto, de energia, que usamos é o joule, J. 
O trabalho pode ser feito sobre o sistema, ou as vizinhanças de um sistema podem realizar trabalho 
sobre este. Para qualquer sistema, w é um número positivo quando as vizinhanças realizam trabalho 
sobre o sistema e negativo quando o sistema realiza trabalho sobre as vizinhanças. 
 
W < 0: expansão (sentidos opostos de força e deslocamento) 
W >0: compressão (deslocamento ocorre no sentido da força aplicada) 
 
Calor (Q) 
 
Sabe-se que um objeto quente em contato com um objeto frio torna-se mais frio, enquanto o objeto 
frio torna-se mais quente. Esse processo é resultado da transferência do corpo mais quente para o mais 
frio. Portanto, define-se calor (Q) sendo a energia transferida através da fronteira do sistema. 
 
Q > 0: transferência de calor para o sistema; 
Q < 0: transferência de calor a partir do sistema. 
 
Quando um sistema não troca calor com a vizinhança, este processo é chamado de adiabático. 
 
 
 A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA E OUTROS CONCEITOS BÁSICOS 
 
 
Embora a energia assuma várias formas, a quantidade total de energia é constante e, quando energia 
em uma forma desaparece, ela reaparece simultaneamente em outras formas. 
 
Energia Interna (U) 
 
É uma propriedade termodinâmica que se refere à energia das moléculas, as quais se encontram em 
movimento incessante. A adição de calor a uma substância aumenta essa atividade molecular e assim 
causa um acréscimo na sua energia interna. Trabalho realizado sobre a substância pode ter o mesmo 
efeito. A energia interna de uma substância também inclui a energia potencial resultante das forças 
intermoleculares. 
A designação dessa forma de energia como ENERGIA INTERNA a diferencia das energias 
cinéticas e potencial, as quais são funções da posição ou movimento macroscópicos, as quais podem ser 
consideradas como formas externas de energia. 
 
Energia Total do Sistema 
 
A energia é armazenada em um corpo somente nas formas potencial, cinética e interna. Calor e 
trabalho referem-se à energia que cruza a fronteira que separa o sistema da vizinhança. 
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Dessa forma, na engenharia termodinâmica variação de energia total de um sistema é considerada 
composta de três contribuições macroscópicas. Uma contribuição é dada pela variação da energia cinética 
(∆Ec) e outra pela variação da energia potencial gravitacional (∆Ep). Todas as outras variações de energia 
são englobadas na energia interna do sistema. 
 
∆E = ∆Ec + ∆Ep + ∆U 
 
OBS: A energia cinética é a forma de energia que os corpos em movimento possuem, definida por 
Ec = ½ m∙ v
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 (m= massa, v = velocidade). Já a energia potencial gravitacional é a forma de energia 
associada à posição em relação a um referencial, sendo que neste caso, há a interação gravitacional entre a 
Terra e um determinado corpo, definida por Ep = mgz (g = aceleração da gravidade, z = altura). 
 
Balanço de Energia para Sistemas Fechados 
 
A energia de um sistema fechado somente pode ser alterada de duas formas: pela transferência de 
energia por trabalho ou pela transferência de energia por calor. Conforme dito anteriormente, no 
enunciado da primeira lei, um aspecto fundamental do conceito de energia é que a energia é conservada. 
Dessa forma, pode-se dizer que 
 
∆E = Q + W ou na forma diferencial seria dado por dE = dQ + dW 
 
Sistemas fechados frequentemente sofrem processos durante os quais somente a sua energia interna 
muda. Para tais processos dizemos que 
 
∆U = Q + W ou na forma diferencial seria dado por dU = dQ + dW 
 
Processo a Volume Constante 
 
Se o processo ocorre com o volume constante, o trabalho é nulo. Assim, 
 
dQ = dU ou Q = ∆U 
 
Processo a Pressão Constante 
 
Para um sistema fechado em processo reversível, a pressão constante, o calor transferido é igual a 
variação de entalpia: 
dQ = dH ou Q = ∆H 
 
A entalpia é definida pela relação 
 
H = U + PV 
 
Capacidade Calorífica 
 
Quanto menor a variação de temperatura em um corpo causada pela transferência de uma dada 
quantidade de calor, maior seria a sua capacidade. 
 
Capacidade Calorífica a Volume Constante: 
 
 
 
 
 ou dU = CV dT 
Capacidade Calorífica a Pressão Constante: 
 
 
 
 
 ou dH = CP 
 
 
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EXERCÍCIOS - TERMODINÂMICA 
 
1 – ELETRONUCLEAR – ENGENHEIRO(A) 
EQUIPAMENTOS MECÂNICOS – CESGRANRIO/ 
2010 – Q.54 
 
Um conjunto cilindro-pistão contém 3 kg de água a 
120 °C. Calor é transferido à água até que ela atinja 
140 °C. A energia interna do estado inicial 
corresponde a u1 = 1.010 kJ/kg e a do estado final 
corresponde a u2 = 2.560 kJ/kg. Considerando-se 
que o trabalho realizado vale 300 kJ, o calor 
transferido nesse processo, em kJ, é dado por 
(A) 11.010 
(B) 10.710 
(C) 10.410 
(D) 4.950 
(E) 820 
 
2 – PETROBRAS - ENG. DE EQUIPAMENTOS JR 
MECÂNICA – CESPE/ 2001 – Q.21 
 
A Termodinâmica é a ciência que trata do calor e do 
trabalho e das propriedades das substâncias 
relacionadas ao calor e ao trabalho. É objetivo dessa 
ciência é determinar as relações geraisentre a 
energia interna e outras propriedades internas de um 
sistema com os parâmetros 
termodinâmicos(parâmetros macroscópicos que 
dependem do estado interno de um sistema), 
associando-as às mudanças no estado do sistema e 
às suas interações com o ambiente. Julgue os itens 
abaixo, relativos a conceitos e definições da 
Termodinâmica. 
 
1 Um sistema termodinâmico é uma quantidade de 
matéria de massa e de características definidas, 
sobre a qual é dirigida a atenção, separada da 
vizinhança (tudo o que é externo ao sistema) por 
meio de fronteiras que podem ser fixas ou móveis. 
2 Um processo realizado de tal modo que ao seu 
final o sistema e sua vizinhança local sejam 
restaurados aos seus estados iniciais, sem produzir 
qualquer mudança no resto do universo, é dito 
irreversível. 
3 Um processo que ocorre dentro de um sistema 
envolvido por uma fronteira impermeável ao calor é 
um processo adiabático, nele não podendo ocorrer 
fluxo de calor. 
4 Se um corpo A tem a mesma temperatura de um 
corpo B e o corpo B tem a mesma temperatura de 
um corpo C, então, a temperatura de A não será 
necessariamente igual à de C. 
 
3 – ANAC - ESPECIALISTA EM REGULAÇÃO – 
AERONAVEGABILIDADE – NCE/UFRJ - 2007 – Q. 
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Em um processo de compressão isotérmica de um 
gás ideal confinado em um aparato cilindro-pistão, no 
qual as variações de energia cinética e energia 
potencial do gás podem ser desprezadas, a energia 
interna térmica do gás: 
 
(A) permanece constante, e no processo há trabalho 
e não há calor; 
(B) permanece constante, e no processo o calor é 
igual ao trabalho em valor absoluto; 
(C) aumenta, e no processo há trabalho e não há 
calor; 
(D) aumenta, e no processo há calor e não há 
trabalho; 
(E) aumenta, e no processo o calor é igual ao 
trabalho em valor absoluto. 
 
4 – PETROBRAS – ENG. EQUIP. JR MECÂNICA – 
CESPE /2008 – Q.53 E 54 
 
Um sistema termodinâmico está submetido a um 
ciclo composto por três processos. No primeiro 
processo, o sistema recebe 40 kJ de calor e executa 
um trabalho de 40 kJ. No segundo processo, são 
cedidos 120 kJ de calor, porém a variação da 
energia interna é nula. No terceiro processo, 20 kJ 
de calor são retirados do sistema. 
 
Com base nas informações do texto, é correto 
afirmar que, durante o ciclo, a variação total da 
energia interna é 
 
(A) nula. 
(B) +10 kJ. 
(C) –15 kJ. 
(D) –100 kJ. 
(E) 140 kJ. 
 
No terceiro processo descrito no texto, é realizado 
um trabalho de 
 
(A) 20 kJ pelo sistema. 
(B) 35 kJ sobre o sistema. 
(C) 20 kJ sobre o sistema 
(D) 35 kJ pelo sistema. 
(E) 40 kJ pelo sistema 
 
5 – ELETROBRÁS – ENGENHEIRO/ ÁREA 
MECÂNICA – NCE/UFRJ – 2007 – Q. 40 
 
Um sistema fechado executa um ciclo 
termodinâmico. Ao longo do ciclo, o sistema realiza 
trabalho sobre o ambiente no valor de 50 J. Pode-se 
concluir que, nesse ciclo: 
 
(A) a energia do sistema diminui de 50 J; 
(B) a energia do sistema aumenta de 50 J; 
(C) na interação calor entre o sistema e o ambiente, 
o sistema cede 50 J; 
(D) na interação calor entre o sistema e o ambiente, 
o sistema recebe 50 J; 
(E) não há interação calor entre o sistema e o 
ambiente. 
 
 
 
5 
 
6 - TRIBUNAL DE JUSTIÇA FEDERAL E 
TERRITÓRIO – DF (TJDFT/DF) – ENGENHARIA 
MECÂNICA - UNB/CESPE – 2003 
 
 
 
No processo termodinâmico mostrado na figura 
acima, o trabalho total realizado no ciclo abdca será 
igual a 
 
(A) 0 J 
(B) 400 J 
(C) 650 J 
(D) 900 J 
(E) 1300 J 
 
7 – PETROBRAS - QUÍMICO DE PETRÓLEO 
JÚNIOR – CESGRANRIO – 2010 – Q. 42. 
 
Um gás ideal, com capacidades caloríficas 
constantes, passa pela seguinte sequência de 
processos mecanicamente reversíveis em um 
sistema fechado: 
1. de um estado inicial a 100 °C e 1 bar, é 
comprimido adiabaticamente até 150 °C; 
2. em seguida, é resfriado de 150 °C a 100 °C, a 
pressão constante; 
3. finalmente, é expandido isotermicamente até o seu 
estado original. Para o ciclo completo, as variações 
de energia interna (ΔU) e entalpia (ΔH) são 
 
(A) ΔU = 0 e ΔH > 0 
(B) ΔU = 0 e ΔH = 0 
(C) ΔU > 0 e ΔH > 0 
(D) ΔU < 0 e ΔH < 0 
(E) ΔU > 0 e ΔH = 0 
 
8 – PETROBRAS - QUÍMICO DE PETRÓLEO 
JÚNIOR –- CESGRANRIO – 2010 – Q. 33. 
 
Em uma refinaria, um tanque recebe várias correntes 
de nafta para compor o pool de gasolina. Após 
encher o tanque até o nível desejado, liga-se um 
misturador para homogeneizar o produto. O trabalho 
fornecido ao misturador é de 4800 kJ e o calor 
transferido do tanque é de 1200 kJ. Considerando o 
tanque e o fluido como sistema, a variação da 
energia do sistema nesse processo é de 
 
 
(A) 6000 kJ 
(B) 3600 kJ 
(C) 4 kJ 
(D) −3600 kJ 
(E) −6000 kJ 
 
 
9 – ELETROBRAS – ENGENHARIA MECÂNICA 
 
Um sistema termodinâmico é composto de um gás 
ideal hermeticamente aprisionado em um aparato 
cilindro-pistão. Considere um processo de adição de 
calor isotérmico em que variações de energia 
cinética e energia potencial podem ser consideradas 
desprezíveis. Designando por U e V, 
respectivamente, a energia interna térmica e o 
volume do sistema, pode-se afirmar que ao longo 
desse processo: 
 
(A) U e V permanecem constantes; 
(B) U aumenta e V permanece constante; 
(C) V aumenta e U permanece constantes; 
(D) U e V diminuem; 
(E) U e V aumentam. 
 
10 – PETROBRAS – ENG. PROCESSAMENTO JR 
– CESGRANRIO - MAIO/2010 – Q.12. 
 
Um gás com comportamento ideal é comprimido 
isotermicamente do estado caracterizado por 
pressão e volume molar iguais a p1 e V1 para outro 
cujos valores são p2 e V2. Qual a variação de 
energia interna ocorrida entre os estados 1 e 2, em 
J/mol? (T = temperatura absoluta e R = constante 
dos gases) 
 
(A) p2.V1 – p1.V2 
(B) p1.V2 – p2.V1 
(C) 0 
(D) R.T 
(E) 
 
 
 RT 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
GABARITO 
1 – D; 
2 – C,E,C,E; 
3 – B; 
4 – A e C; 
5 – D; 
6 – B; 
7 – B; 
8 – B; 
9 – C; 
10 -C