primeira lei da termodinamica

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Faculdades Anhanguera
TRABALHO, CALOR E ENERGIA
 
 
 
	 Disciplina: Termodinâmica 	 	 
 Professor: Marcelo Furlan 
 Curso: Engenharia de Controle e Automação 
 Turma: 6º Semestre 
 
JAILSON PIONORIO JUNIOR RA: 9902002067
 
 
 
 
 
Santa Bárbara d’Oeste 
2016
Sumário
 
Conservação de Energia .................................................................................. 3
Relação entre calor, trabalho e energia............................................................ 4 
Ciclos Termodinâmicos..................................................................................... 5 
Questões Resolvidas ....................................................................................... 7
Bibliografia ....................................................................................................... 8
Conservação de Energia 
A primeira lei da termodinâmica tem o mesmo conceito do princípio da conservação de energia e, apesar de ser estudado para os gases, pode ser aplicado em quaisquer processos em que a energia de um sistema é trocado com o meio externo na forma de calor e trabalho.
A primeira lei da Termodinâmica trata do balanço energético entre as energias inicial e final do sistema, a energia fornecida e o trabalho realizado pelo sistema, ou seja, podemos afirmar que em qualquer processo termodinâmico analisado, a quantidade de calor Q recebida pelo sistema é igual ao trabalho realizado por ele mais a variação da energia interna.
Assim, podemos expressar a primeira lei da termodinâmica, em termos matemáticos, da seguinte maneira:
Q = T + ΔU
Um exemplo de um processo termodinâmico, é quando colocamos um recipiente com gás sobre uma chama, o gás se expande realizando trabalho e aumenta sua temperatura, ou seja, aumenta sua energia interna.
Nesse tipo de processo termodinâmico, parte do calor que o gás recebe é transformado em energia interna e parte desse calor é utilizado para realizar trabalho termodinâmico. Assim, a soma dessas duas parcelas é igual ao calor recebido, pois sabemos que a energia não pode ser criada e nem destruída, mas apenas transformada. Com isso podemos definir que um determinado gás realiza trabalho quando seu volume aumenta (T positivo). Quando seu volume diminui, o trabalho é realizado sobre o gás (T negativo).
A primeira lei da termodinâmica refere-se a um processo, pois tanto o trabalho quanto o calor não podem ser medidos ou calculados para um único estado termodinâmico. Essas duas grandezas só têm significados quando medidas em instantes diferentes.
Relação entre calor, trabalho e energia (cinética, potencial e interna).
Termodinâmica é o ramo da física que investiga as leis e processos que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de transformações de energia, mais especificamente as mudanças de energia que a disponibilizem para a realização de trabalho.
Para que o trabalho seja gerado é preciso que haja uma transferência de energia que possibilite a aplicação de uma força que gere um movimento criando assim um trabalho, uma das formas de gerar essa transferência de energia é a partir do calor, o calor é uma forma de energia em trânsito, que surge sempre que existe uma diferença de temperatura entre as partes de um sistema.
As energias que passam por transformação para que possa ser realizado o trabalho são; a energia cinética, que é gerada a partir do movimento de um corpo, e a energia potencial, que é a energia armazenada em um sistema físico e que tem a capacidade de ser transformada em energia cinética.
A soma das energias cinética e potencial é chamada de energia interna, a energia interna é a fração da energia total de um sistema físico que é determinado apenas pelo seu estado e que corresponde a soma das energias cinética e potencial das partículas (átomos, moléculas) que compõe esse sistema. Graças a essa característica microscópica, é muito difícil estimar um método para o cálculo da energia interna de um sistema qualquer, embora, para gases ideais, isso seja possível.
Ciclos Termodinâmicos.
Chamamos de transformação cíclica todo conjunto de transformações termodinâmicas que têm como estado final o próprio estado inicial, ou seja, uma transformação na qual voltamos para o estado inicial ao encerrarmos o processo.
Uma consequência disso é o fato de que a variação da energia interna do gás é nula ao final do ciclo. Lembre-se que a energia interna depende da temperatura. Se as temperaturas inicial e final são iguais, a mesma coisa acontece com a energia interna. 
Desta forma, de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica quando o estado de um sistema, como um gás ideal, muda na forma de variação de uma das variáveis macroscópicas, dizemos que sua energia interna varia. Esta variação pode ser causada por transferência de energia na forma de calor, q, ou na forma de trabalho, w, este estando associado a quaisquer outros processos de mudança na energia interna que não seja por transferência de calor (trabalho mecânico, elétrico, etc.).
Enquanto energia interna é uma função de estado, dependendo só do valor inicial e final, trabalho e calor não são, portando existem distinções na notação dos dois tipos de função. Funções de estado submetidas a variações infinitesimais são representadas pelo convencional “d”, e o motivo vêm do fato de funções de estado tem propriedades de diferenciais exatas, de modo que:
Ou seja, a função U segue o teorema fundamental do cálculo, sendo a integral entre um estado inicial e final (U_f e U_i) de sua diferencial igual à diferença entre os estados final e inicial. Uma outra forma, mais elegante na minha opinião, de mostrar que U (e qualquer outra função termodinâmica) é de estado é considerando U_f= U_i. Como a integral volta para o mesmo ponto inicial, é chamada de integral cíclica (ao longo de um ciclo), recebendo uma notação própria também:
Um exemplo, se você dá uma volta pela rua e volta para o mesmo ponto inicial, seu deslocamento no final foi zero. Porém você gastou sua própria energia para tanto, logo o trabalho que você teve não foi zero. E é isso que as diferenciais inexatas refletem em funções como calor e trabalho, que não dependem simplesmente dos estados iniciais (q_i e w_i) e finais (q_f e w_f):
Ou seja, as integrais cíclicas das funções q ou w são diferentes de zero:
Portanto a forma integral da primeira lei da termodinâmica, de acordo com as equações discutidas, é:
Questões Resolvidas
1° Energia Interna:
Qual a energia interna de 5 mols de um gás perfeito na temperatura de 35°C? Considere R=8,31 J/mol.K.
Primeiramente deve-se converter a temperatura da escala Celsius para Kelvin:
 T = 273 + 0c
 T = 273 + 35
 T = 308K
A partir daí basta aplicar os dados na equação da energia interna:
 U = nRT
U = . 5 . 8.31 . 308
 U = 18,26 kJ
2° Trabalho de um gás
Quando são colocados 15 mols de um gás em um recipiente com êmbolo que mantém a pressão igual à da atmosfera, inicialmente ocupando 2m³. Ao empurrar o êmbolo, o volume ocupado passa a ser 1m³. Considerando a pressão atmosférica igual a 100000 N/m², qual é o trabalho realizado sob o gás?
Sabemos que o trabalho de um gás perfeito em uma transformação isobárica é dado por:
 
Substituindo os valores na equação:
 
O sinal negativo no trabalho indica que este é realizado sob o gás e não por ele.Bibliografia
Livros: 
VAN WYLEN, Gordon J.; SONNTAG, Richard E. Fundamentos da 
Termodinâmica Clássica. Tradução da 4. ed. 7ª Reimpressão. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 2011. 
Sites: 
http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/1leidatermodinamica.php
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/termodinamica.html
http://www.angelfire.com/ct2/3lambda/Conserva__o_de_Energia.htm
http://educacao.globo.com/fisica/assunto/termica/transformacoes-ciclicas-e-maquinas-termicas.html
https://bloqm.wordpress.com/2014/12/10/ciclos-de-carnot-e-crescimento-de-entropia-parte-1/