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Apostila de Física 12 – Leis da 
Termodinâmica 
 
1.0 Definições 
 
 Termodinâmica estuda as relações entre as quantidades de calor trocadas e os 
trabalhos realizados num processo físico, envolvendo um/um sistema de corpo(s) e o 
resto do Universo (meio exterior). 
 O trabalho são as trocas energéticas sem influência de diferenças de temperatura. 
 Quando uma parte do sistema realiza um trabalho sobre outra parte do sistema, 
este se chama trabalho interno – Quando as forças de interação entre as moléculas 
realizam trabalho interno. 
 Quando um sistema realiza um trabalho sobre o meio externo, este se chama 
trabalho externo – Este é o estudado na Termodinâmica, que se chamará somente de 
Trabalho. 
 
2.0 Trabalho numa Transformação 
 
 O trabalho „T‟ realizado pelo gás sobre o meio exterior é: 
 
T = p.ΔV 
 
 A variação de volume irá determinar o sinal do trabalho, pois a pressão é sempre 
positiva. 
 A pressão é constante. 
 O trabalho realizado depende também, numa transformação termodinâmica, dos 
estados intermediários entre os estados inicial e final. 
 
3.0 Energia Interna 
 
 Energia interna „U‟ do sistema é a energia térmica mais a energia potencial de 
configuração mais a energia cinética molecular. 
 Não se mede diretamente a energia interna „U‟ de um sistema. 
 A variação de energia interna ΔU é determinada pela variação de energia 
cinética de translação das moléculas. 
 A variação de energia interna de um gás ideal só depende dos estados inicial e 
final da massa gasosa para qualquer quer sejam as transformações que levam o sistema 
do estado inicial ao final. 
 Lei de Joule para Gases Perfeitos – A energia interna de uma dada quantidade de 
um gás perfeito é função exclusiva de sua temperatura. 
 
 
 
 
 
 
4.0 Primeira Lei da Termodinâmica 
 
 Reafirmação do princípio da conservação da energia. 
 A variação da energia interna de um sistema é dada pela diferença entre o calor 
trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo termodinâmico. 
 
 = +∆ 
 
5.0 Transformações Gasosas 
 
5.1 Transformação Isotérmica 
 
 Há troca de calor. 
 O calor trocado pelo gás com o meio externo é igual ao trabalho realizado no 
mesmo processo. 
 Temperatura constante – Variação de energia intera é nula. 
 
= 
 
5.2 Transformação Isobárica 
 
 A quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado. 
 Pressão constante. 
 
= +ΔU 
 
5.3 Transformação Isocórica 
 
 A variação de energia interna do gás é igual à quantidade de calor trocada com o 
meio exterior. 
 Volume constante – Trabalho realizado é nulo. 
 
= ΔU 
 
5.4 Transformação Adiabática 
 
 Um gás sofre transformação adiabática quando não há troca de calor com o meio 
exterior (Q = 0). 
 Quando um gás está contido em um recipiente termicamente isolado do 
ambiente. 
 Quando um gás sofre expansões ou contrações suficientemente rápidas para que 
as trocas de calor com o ambiente possam ser consideradas desprezíveis. 
 A variação de energia interna é igual em módulo e de sinal contrário ao trabalho 
realizado na transformação. 
 O gás pode trocar energia com o ambiente, sob forma de trabalho. 
 Expansão adiabática: 
 O trabalho é realizado pelo gás – Equivale a perda de energia por parte do 
gás; 
 A temperatura, pressão e energia interna diminuem; 
 O trabalho aumenta. 
 Compressão adiabática: 
 O trabalho é realizado sobre o gás – O gás está recebendo energia do 
exterior; 
 A temperatura, pressão e energia interna aumentam; 
 O trabalho diminui. 
 
 
 
5.5 Transformação Cíclica 
 
 Conversão de calor em trabalho e vice-versa. 
 No final do ciclo, o gás apresenta a mesma pressão, volume e temperatura 
inicial. 
 Há transformação de calor em trabalho pelo gás ao se completar o ciclo. 
 Inversão do ciclo: conversão de trabalho em calor (máquinas frigoríficas). 
 No ciclo, o calor total trocado „Q‟ e o trabalho realizado „T‟ são iguais. 
 O Trabalho também é igual à área do gráfico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.0 Transformações Reversíveis e Irreversíveis 
 
 Transformações reversíveis podem se efetuar em ambos os sentidos, de modo 
que, na volta, o sistema retorna ao estado inicial, passando pelos mesmos estados 
intermediários, sem que ocorram variações definitivas nos corpos – Transformações 
puramente mecânicas sem atrito e choques elásticos. 
 Transformação quase-estática – Quando a transformação é realizada lentamente; 
considerada reversível. 
 Transformação irreversível: Há modificações nos corpos envolvidos. 
 
 
 
 
7.0 Segunda Lei da Termodinâmica 
 
 A Primeira Lei da Termodinâmica é possível, mas altamente improvável. 
 A energia se degrada de uma forma organizada para uma forma desordenada 
chamada energia térmica. 
 O calor não passa espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais 
alta. 
 É impossível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja 
retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho. 
 
7.1 Máquina Térmica 
 
 Conversão de calor em trabalho. 
 Não é possível retirar o calor de uma única fonte e convertê-lo completamente 
em trabalho. 
 A máquina opera em um ciclo entre duas fontes térmicas, uma quente e outra 
fria: retira calor da fonte quente (Q1), converte-o em trabalho (T) e o restante (Q2) é 
rejeitado para fonte fria. 
 Rendimento (n): 
 
 
 
 As máquinas térmicas geralmente apresentam rendimentos baixos, inferiores a 
30%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.2 Máquina Frigorífica 
 
 Conversão de trabalho em calor. 
 A máquina opera em um ciclo entre duas fontes térmicas, uma quente e outra 
fria: transferem calor da fonte fria (Q2) para a fonte quente (Q1) à custa de um trabalho 
externo (T). 
 Eficiência (e) – Adimensional, não possui unidade: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.3 Ciclo de Carnot 
 
 Carnot idealizou ou ciclo que proporcionaria o rendimento máximo a uma 
máquina térmica. 
 Duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações 
isotérmicas, todas elas reversíveis. 
 Ciclo percorrido no sentido horário: T > 0; T = Área do ciclo. 
 As quantidades de calor trocadas com as fontes quente e fria da máquina térmica 
são proporcionais às respectivas temperaturas das fontes. 
 O rendimento no ciclo de Carnot é função exclusiva das temperaturas absolutas 
das fontes quente e fria, não dependendo da substância “trabalhante” utilizada. 
 
 
 
 Não é possível alcançar rendimento 100%, pois a temperatura deveria ser o zero 
absoluto, que é impossível de se adquirir na prática. 
 Rendimento máximo de uma máquina térmica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7.4 Princípio da Degradação da Energia 
 
 À medida que o universo diminui, diminui a possibilidade de se conseguir 
energia útil ou trabalho de um sistema. 
 Todas as formas de energia tendem a se converter na energia desordenada de 
agitação térmica. 
 A Segunda Lei da Termodinâmica é considerada como Princípio da Degradação 
da Energia. 
 
7.5 Desordem e Entropia 
 
 Nos processos naturais, há sempre passagem espontânea de um estado ordenado 
para um desordenado. 
 Em todos os fenômenos naturais, a tendência é uma evolução para um estado de 
maior desordem, embora seja possível, porém, improvável, de que ela volte a ser 
energia ordenada. 
 As transformações naturais sempre levam a um aumento de entropia no 
universo. 
 
7.5.1 Demônio de Maxwell 
 
 James Clerk Maxwell (1831-1879). 
 Experimento que violaria a Segunda Lei da Termodinâmica– Indica o caráter 
estático do Conceito de Entropia proposto por Clausius. 
 Um ser microscópico inteligente teria a capacidade de, por meio de uma 
portinhola entre dois recipientes contendo gás, controlar a passagem de moléculas, 
organizando as moléculas rápidas em um recipiente e as lentas no outro. 
 O ser hipotético (Demônio de Maxwell) estaria, sem gastar energia, ordenando o 
sistema e diminuindo sua entropia.