1 LEI DA TERMODINÂMICA

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1 LEI DA TERMODINÂMICA
Profa. Yana Batista Brandão
TERMODINÂMICA
do grego: θερμη, therme, significa "calor" 
 δυναμις, dynamis, significa "potência" 
É o ramo da Física que estuda as causas e os efeitos de mudanças na temperatura, pressão e volume - e de outras grandezas termodinâmicas fundamentais em casos menos gerais - em sistemas físicos em escala macroscópica.
“Calor” significa “Energia" em trânsito;
“Dinâmica” se relaciona com "movimento". 
-A termodinâmica estuda o movimento da energia e como a energia cria movimento;
- Historicamente, a termodinâmica se desenvolveu pela necessidade de aumentar-se a eficiência das primeiras máquinas a vapor 
TERMODINÂMICA
Diagrama de um sistema termodinâmico típico: uma máquina térmica cíclica. Parte da energia admitida - oriunda de uma fonte quente (em vermelho, à esquerda) - é convertida em trabalho (movimento) - neste caso, por uma série de pistões;
- Contudo, em máquinas cíclicas não se pode converter toda a energia oriunda da fonte quente em trabalho, havendo necessariamente uma quantidade mínima de energia rejeitada a uma fonte fria (em azul, à direita).
TERMODINÂMICA
As transformações físicas e as reações químicas quase sempre estão envolvidas em perda ou ganho de calor. 
O calor é uma das formas de energia mais comum que se conhece. 
A Termoquímica é uma parte da Química que faz o estudo das quantidades de calor liberadas ou absorvidas durante as reações químicas. A maioria das reações químicas envolve perda ou ganho de calor (energia). 
TERMOQUÍMICA
TERMOQUÍMICA
TERMOQUÍMICA
TERMOQUÍMICA
Uma forma mais simples de expressar a 1 LEI DA TERMODINÂMICA é:
ΔE = q + w
Q = + , para um processo ENDOTÉRMICO;
Q = - , para um processo EXOTÉRMICO;
W = +, para o trabalho efetuado SOBRE O SISTEMA pela VIZ.;
W = - , para o trabalho efetuado pelo SISTEMA sobre a VIZ.; 
TRABALHO E CALOR
w = Fd
W → Mecânico: 
Estudar a COMPRESSÃO E EXPANSÃO DE UM GÁS
w = - PΔV
 P x V = x d3 = Fd = w
 1 L . atm = 101,3 J
TERMOQUÍMICA
1) O volume de um gás aumenta de 2,0 L para 6,0 L, a temperatura constante. Calcule o trabalho realizado pelo gás se ocorrer a sua expansão a) contra o vácuo e b) contra uma pressão constante de 1,2 atm.
2) O trabalho realizado quando um gás é comprimido em um cilindro é 462 J. Durante esse processo, ocorre uma transferência de 128 J, na forma de calor, do gás para a vizinhança. Calcule a Variação de Energia para esse processo.
ENTALPIA DE REAÇÕES QUÍMICAS
- A 1 Lei da Termodinâmica pode ser aplicada a processos que ocorrem sob diferentes condições;
Se: V = CTE, ΔV = 0 → ΔE = qv
ENTALPIA
- Quando não há qualquer variação no número de moles dos gases ao transformar reagentes em produtos, nenhum trabalho é realizado.
Se: P = CTE, → ΔE = qp - w 
→ ΔE = qp - P ΔV → qp = ΔE + PΔV → H = E + PV 
TERMOQUÍMICA
Quando a substância passa do estado físico sólido para líquido e em seguida para gasoso, ocorre absorção de calor.
Quando a substância passa do estado gasoso para líquido e em seguida para sólido, ocorre liberação de calor.
Essa energia que vem das reações químicas é decorrente de rearranjo das ligações químicas dos reagentes transformando-se em produtos. 
Essa energia armazenada é a ENTALPIA (H). É a energia que vem de dentro da molécula. Nas reações químicas não é necessário calcular a entalpia. Devemos calcular, geralmente, a variação de entalpia (ΔH).  
TERMOQUÍMICA
A variação de entalpia é a diferença entre a entalpia dos produtos e a entalpia dos reagentes.
- A variação de entalpia é a entalpia de Reação, ΔH.
TERMOQUÍMICA
ΔH = H(produtos) – H(reagentes)
ΔH>0, para um processo ENDOTÉRMICO – Absorção de Calor;
ΔH<0, para um processo EXOTÉRMICO – liberação de Calor;
3) Calcule a variação da energia interna quando 2 mol de CO são convertidos em 2 mol de CO2, a 1 atm e 250C:
R = 8,314 J/mol K e T = 298 K
2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g) ΔH = -566,0 kJ/mol
 Convecção é um processo de transporte de massa caracterizado pelo movimento de um fluído devido à sua diferença de densidade, especialmente por meio de calor;
A convecção térmica é responsável por levar os produtos das reações químicas, que ascendem, para longe das chamas, e supri-las com oxigênio.
TERMODINÂMICA - CONVECÇÃO
TERMODINÂMICA - CONVECÇÃO
CONVECÇÃO
 Condução ocorre em todas as formas de matéria, sólidos, líquidos, gases e plasmas, mas não requer qualquer movimento macroscópico de massa da matéria condutora, mas apenas de seus componentes subatômicos ou sua vibração, em escala microscópica. 
A Condução é o meio mais importante de transferência de calor dentro de um sólido ou objetos sólidos em contato térmico. 
TERMODINÂMICA - CONDUÇÃO
TERMODINÂMICA - CONDUÇÃO
- A condução térmica consiste numa transferência de energia de vibração entre as moléculas que constituem o sistema.
TERMODINÂMICA – IRRADIAÇÃO TÉRMICA
 Irradiação térmica, Radiação térmica ou Radiação de corpo negro é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer Temperatura, constituindo uma forma de Transmissão de Calor; 
 Por meio deste tipo de radiação ocorre transferência de energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas.
O metal aquecido a temperatura próxima à de fusão emite radiação no infravermelho e no visível próximo ao infravermelho. O primeiro é invisível ao olho humano, mas o segundo pode ser percebido pelo brilho avermelhado.
TERMODINÂMICA – IRRADIAÇÃO TÉRMICA
CONVECÇÃO, CONDUÇÃO E IRRADIAÇÃO
A tartaruga recebe calor do sol por irradiação e, da areia, por condução. 
- O ar ao seu redor se aquece por convecção.
- O calor de uma fogueira é transmitido, principalmente, por irradiação.
CONVECÇÃO, CONDUÇÃO E IRRADIAÇÃO
Revolução Industrial = criou a máquina a vapor, o motor de combustão interna, o motor elétrico, o motor a jato, e vários outros motores;
Engenheiros = praticavam o desenvolvimento e a construção desses engenhos;
Conceito central = “a capacidade de realizar trabalho” do vapor, carvão ou madeira.
Histórico da Termodinâmica
Foi desenvolvida para estudar a ENERGIA – quanto dessa energia está no:
- CARVÃO 
Histórico da Termodinâmica
- Conceito básico da 1 lei da termodinâmica
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Foi desenvolvida para estudar a ENERGIA – quanto dessa energia está na:
- MADEIRA
- Conceito básico da 1 lei da termodinâmica
Histórico da Termodinâmica
Histórico da Termodinâmica
- Conceito básico da 1 lei da termodinâmica
Foi desenvolvida para estudar a ENERGIA – quanto dessa energia está na:
- ÁGUA CORRENTE.
VAPOR DE ALTA ou BAIXA PRESSÃO
Usina térmica convencional
Termodinâmica
- Na usina térmica convencional parte-se da combustão de óleo, gás ou carvão.
A energia liberada por essa reação química é utilizada para produzir vapor d’água, o qual movimenta as pás de uma turbina, gerando energia elétrica.
Usina nuclear
Usina térmica 
convencional
Termodinâmica
Termodinâmica
Fissão Nuclear
-Divisão de um núcleo atômico pesado em dois núcleos mais leves — só acontece com determinadas espécies de elementos pesados como o urânio-235 (92 prótons, 143 nêutrons, número de massa 235) e o plutônio-239 (94 prótons, 145 nêutrons, número de massa 239).
Na reação de fissão, além da energia liberada, dois ou três nêutrons são emitidos. 
Estes nêutrons, ao colidirem com outros núcleos de urânio (ou plutônio), provocam uma reação semelhante, originando uma reação em cadeia.
Termodinâmica
Fontes de energia:
Carvão Mineral - Petróleo - Gás Natural - Hidroelétrica - Energia Nuclear - Eólica - Geotérmica - Solar - Biomassa - Marés
O Reator Nuclear
A reação em cadeia é mantida sob controle pela inserção de barras de cádmio, absorvedoras dos nêutrons que provocam as reações de fissão;
 Inserindo ou retirando as barras de cádmio, a velocidade da reação pode ser diminuída ou aumentada.
TermodinâmicaTermodinâmica
Uma quantidade de energia é equivalente a certa quantidade de outra, mas nem sempre se pode transformar uma na outra;
Não se pode retirar toda a energia contida em vapor na forma de trabalho;
Nas locomotivas a vapor, 
sempre uma parte da energia 
contida no carvão é perdida.
Histórico da Termodinâmica
Com que eficiência a energia pode 
ser convertida de uma forma para 
outra?
Sadi Carnot, um brilhante jovem militar francês respondeu a essa pergunta com a Segunda Lei da Termodinâmica;
A 1 e 2 Lei da Termodinâmica são o principal enfoque da TERMODINÂMICA.
Histórico da Termodinâmica
1 LEI DA TERMODINÂMICA
Trata da transformação da energia (quanto desta forma é equivalente a quanto da outra);
● 2 LEI DA TERMODINÂMICA
- Carnot tocou em apenas um aspecto dela, que se aplica a todas as áreas da Ciência;
Histórico da Termodinâmica
Mostra qual transformação é possível e qual não é;
Acaba com o conceito de motor perpétuo;
Mostra a direção do tempo;
Teoria da informação, mecânica estatística, envelhecimento humano, o funcionamento do cérebro.
Histórico da Termodinâmica
Quando foram combinados os conceitos da primeira e da segunda lei para dizer quanto trabalho pode estar disponível em uma dada situação, desenvolveu-se o conceito de DISPONIBILIDADE ou EXERGIA.
Histórico da Termodinâmica
● TERMODINÂMICA: Estudo da Energia Térmica (Energia Interna) dos Sistemas.
 PRINCÍPIO: Temperatura (medida) da energia interna.
TEMPERATURA E LEI ZERO
● ESCALA KELVIN.
DIAGRAMA DE FASES – ESCALA CELSIUS
DILATAÇÃO TÉRMICA
Maior T – maior deslocamento médio dos átomos
Q = c.m.(Tf – Ti) 
Calor e Temperatura
Energia Térmica é trocada em forma de calor;
A capacidade de Absorver calor depende do material;
Ao absorver calor o material pode variar a sua energia interna.
Sistema
TE
TS > TE
Q
Sistema
TE
TS = TE
Sistema
TE
TS < TE
Q
Q < 0
Q = 0
Q > 0
A)
B)
C)
T1→ T2
Energia
Interna
T2> T1
∆T > 0
∆U > 0
Aumenta
T2< T1
∆T < 0
∆U < 0
Diminui
T2= T1
∆T = 0
∆U = 0
Não varia
1 LEI DA TERMODINÂMICA
1 LEI DA TERMODINÂMICA
Q > O → Gás recebe Calor;
Q < 0 → Gás perde Calor;
W > 0 → V ↑ e o gás realiza “W” sobre o meio;
W < 0 → V ↓ e o meio realiza “W” sobre o gás.
1 LEI DA TERMODINÂMICA
Q = W + ∆U
∆U = Q - W
1 Exemplo:
W = - 200 J
Q = +500 J
1 LEI DA TERMODINÂMICA
2 Exemplo:
1 LEI DA TERMODINÂMICA
W = 0
Q = +500 J
3 Exemplo:
1 LEI DA TERMODINÂMICA
W = +200 J
Q = - 500 J
4 Exemplo:
1 LEI DA TERMODINÂMICA
5 Exemplo:
W =+ 200 J
Q = +500 J
Transformação Isotérmica de um Gás Perfeito
Q→ W mec.
W mec. → Q
Compressão do Gás:
 Expansão do Gás:
Transformação Adiabática de um Gás Perfeito
Expansão 
Adiabática:
Q = W + ∆U
0 = W + ∆U
W = - ∆U
 + W = - ∆U 
↓∆U e ↓T
Compressão 
Adiabática:
 +∆U = - W
↑∆U e ↑T
Transformação Isocórica de um Gás Perfeito
Q = W + ∆U
Q = 0 + ∆U
Q = + ∆U
Processo Endotérmico:
Processo 
Exotérmico:
 Gás recebe Calor
+Q = +∆U
 Gás libera Calor
↑∆U e ↑T
-Q = -∆U
↓∆U e ↓T
Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2. 
1 LEI DA TERMODINÂMICA 
Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de Calor, qual é a variação de sua energia interna?
Sobre um sistema, realiza-se um trabalho de 3000 J e, em resposta, ele fornece 1000 Cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo. A energia interna do sistema durante esse processo é, aproximadamente:
(1 Cal = 4 J)
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