10 1 Lei da Termodinâmica

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UNIDADE 10: 1ª Lei da Termodinâmica 
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A primeira lei da termodinâmica estuda a relação entre as grandezas trabalho, variação da energia 
interna e quantidade de calor. Essa relação nada mais é que um princípio de conservação de energia 
aplicado a termodinâmica. Além disso, estuda os processos de transformações isotérmico, isobárico, 
isovolumétrico e adiabáticos aplicados a primeira lei da termodinâmica. 
 
Primeira Lei da Termodinâmica 
 
Δ𝑈 é a variação da energia interna do sistema 
𝑄 é a quantidade de calor 
𝜏𝑔á𝑠 é o trabalho do gás 
 
 
 
 
Lembrando que a variação energia interna é 
 
 
 
TRANSFORMAÇÕES GASOSAS APLICADAS A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
 Transformação Isotérmica 
 
 Em uma transformação isotérmica não ocorre 
variação de temperatura. Dessa forma, não ocorre 
variação da energia interna e pela primeira lei da 
termodinâmica temos que 
 
 
 
 
 Isso significa que o calor e o trabalho trocados 
com o meio externo são iguais. Se o sistema 
receber o calor ele será convertido integralmente 
em trabalho. Se o sistema receber trabalho ele cede 
energia para o meio externo na forma de calor. 
 
 Transformação Isométrica 
 
 Na transformação isométrica não ocorre 
variação de volume. Dessa forma, não há 
realização de trabalho e pela primeira lei da 
termodinâmica temos que 
 
 
 
 Isso significa que a variação da energia 
interna é igual ao calor trocado com o meio externo. 
Se o sistema receber calor a sua energia interna 
aumenta. Se o sistema ceder calor sua energia 
interna diminui. 
ΔU =
3
2
nRΔT 
Q = ΔU + τgás https://alunosonline.uol.com.br/fisica/primeira-lei-
termodinamica.html 
 
Q = τgás 
Δ𝑈 = 𝑄 
 
 
 
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 Transformação Isobárica 
 
Em uma transformação isobárica não 
ocorre variação de pressão. Dessa forma, através 
da equação de Clapeyron temos que o volume 
varia diretamente com a temperatura. Então se o 
sistema aumenta a temperatura sua energia 
interna aumenta e seu trabalho é realizado e 
positivo. 
 
 
 
 
Caso a temperatura do sistema diminua a 
sua energia interna diminui e nesse caso o 
sistema recebe o trabalho. 
 
 
 
 Transformação Adiabática 
 
Em uma transformação adiabática não ocorre 
troca de calor do sistema com o meio externo. 
Dessa forma, pela primeira lei da termodinâmica 
temos que 
 
 
 
Quando o sistema recebe trabalho sua 
temperatura aumenta pois recebe calor da 
vizinhança 
 
 
 
 
Quando o sistema realiza o trabalho sua 
temperatura diminui, pois cede calor para a 
vizinhança. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
01. (Udesc) Um gás ideal monoatômico, com n 
mols e inicialmente na temperatura 
absoluta T, sofre uma expansão adiabática 
até que sua temperatura fique a um terço de 
sua temperatura inicial. 
Logo, o gás: 
 
a) absorveu uma quantidade de calor igual a 
nRT. 
b) se expandiu isobaricamente. 
c) realizou trabalho liberando uma 
quantidade de calor igual a nRT. 
d) se expandiu aumentando sua energia 
interna de nRT. 
e) realizou trabalho e sua energia interna 
diminuiu de nRT. 
 
02. (Ufrgs) Observe a figura abaixo. 
 
 
 
A figura mostra dois processos, I e II, em 
um diagrama 
pressão (P) volume (V)
 ao 
longo dos quais um gás ideal pode ser 
levado do estado inicial 
i
 para o estado 
final 
f.
 
 
Assinale a alternativa que preenche 
corretamente as lacunas do enunciado 
abaixo, na ordem em que aparecem. 
 
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, 
a variação da energia interna é __________ 
nos dois processos. O trabalho 
IW
 
realizado no processo I é __________ que 
o trabalho 
IIW
 realizado no processo II. 
 
a) igual − maior 
b) igual − menor 
c) igual − igual 
d) diferente − maior 
e) diferente − menor 
 
 
ATIVIDADES PROPOSTAS 
Δ𝑈 > 0 e 𝜏𝑔á𝑠 >
0 
Δ𝑈 < 0 e 𝜏𝑔á𝑠 < 0 
 
Δ𝑈 = −𝜏𝑔á𝑠 
Δ𝑈 > 0 e 𝜏𝑔á𝑠 <
0 
 
Δ𝑈 < 0 e 𝜏𝑔á𝑠 >
0 
 
 
 
 
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03. (Uefs) A primeira lei da termodinâmica para 
sistemas fechados foi originalmente 
comprovada pela observação empírica, no 
entanto é hoje considerada como a 
definição de calor através da lei da 
conservação da energia e da definição de 
trabalho em termos de mudanças nos 
parâmetros externos de um sistema. 
 
Com base nos conhecimentos sobre a 
Termodinâmica, é correto afirmar: 
 
a) A energia interna de uma amostra de um 
gás ideal é função da pressão e da 
temperatura absoluta. 
b) Ao receber uma quantidade de calor 
Q
 
igual a 
48,0 J,
 um gás realiza um trabalho 
igual a 
16,0 J,
 tendo uma variação da 
energia interna do sistema igual 
64,0 J.
 
c) Quando se fornece a um sistema certa 
quantidade de energia 
Q,
 esta energia 
pode ser usada apenas para o sistema 
realizar trabalho. 
d) Nos processos cíclicos, a energia interna 
não varia, pois volume, pressão e 
temperatura são iguais no estado inicial e 
final. 
e) A energia interna, o trabalho realizado e a 
quantidade de calor recebida ou cedida 
independem do processo que leva o 
sistema do estado inicial 
A
 até um estado 
final 
B.
 
 
04. (ifsul) No estudo da termodinâmica dos 
gases perfeitos, são parâmetros básicos as 
grandezas físicas quantidade de calor 
(Q),
 
trabalho 
(W)
 e energia interna 
(U),
 
associadas às transformações que um gás 
perfeito pode sofrer. 
Analise as seguintes afirmativas referentes 
às transformações termodinâmicas em um 
gás perfeito: 
 
I. Quando determinada massa de gás perfeito 
sofre uma transformação adiabática, o 
trabalho 
(W)
 que o sistema troca com o 
meio externo é nulo. 
II. Quando determinada massa de gás perfeito 
sofre uma transformação isotérmica, a 
variação da energia interna é nula 
( U 0). 
 
III. Quando determinada massa de gás perfeito 
sofre uma transformação isométrica, a 
variação da energia interna 
( U)
 sofrida 
pelo sistema é igual a quantidade de calor 
(Q)
 trocado com o meio externo. 
 
 Está (ão) correta (s) apenas a(s) afirmativa (s) 
 
a) I. 
b) III. 
c) I e II. 
d) II e III. 
 
05. (Uece) O processo de expansão ou 
compressão de um gás em um curto 
intervalo de tempo pode representar um 
processo termodinâmico que se aproxima 
de um processo adiabático. Como 
exemplo, pode-se mencionar a expansão 
de gases de combustão em um cilindro de 
motor de automóvel em alta rotação. 
 
É correto afirmar que, em um processo 
adiabático no sistema, 
 
a) a temperatura é constante e o trabalho 
realizado pelo sistema é nulo. 
b) não há transferência de calor. 
c) a pressão e o volume são constantes. 
d) a energia interna é variável e a pressão é 
constante. 
 
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: 
Se necessário, use 
aceleração da gravidade: 
2g 10 m / s
 
densidade da água: 
d 1,0 kg / L
 
calor específico da água: 
c 1cal / g C 1cal 4 J
 
constante eletrostática: 
9 2 2k 9 ,0 10 N m / C  
 
constante universal dos gases perfeitos: 
R 8 J/ mol K 
 
 
06. (Pucpr) O físico e engenheiro francês 
Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), 
em seu trabalho Reflexões sobre a potência 
motriz do fogo, concluiu que as máquinas 
térmicas ideais podem atingir um 
rendimento máximo por meio de uma 
sequência específica de transformações 
gasosas que resultam num ciclo – 
denominado de ciclo de Carnot, conforme 
ilustra a figura a seguir. 
 
 
 
 
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A partir das 
informações do ciclo de Carnot sobre uma 
massa de gás, conforme mostrado no gráfico 
p V,
 analise as alternativas a seguir. 
 
I. Ao iniciar o ciclo (expansão isotérmica 
1 2),
 a variação de energia interna do gás 
é igual a 
QQ
 e o trabalho é positivo 
(W 0).
 
II. Na segunda etapa do ciclo (expansão 
adiabática 
2 3)
 não há troca de calor, 
embora o gás sofra um resfriamento, pois 
U W.Δ  
 
III. Na compressão adiabática 
4 1,
 última 
etapa do ciclo, o trabalho realizado sobre o 
gás corresponde à variação de energia 
interna dessa etapa e há um aquecimento, 
ou seja, 
U W.Δ  
 
IV. O trabalho útil realizado pela máquina 
térmica no ciclo de Carnot é igual à área 
A
 
ou, de outro modo, dado por : 
Q FQ Q .τ  
 
V. O rendimento da máquina térmica ideal 
pode atingir até 
100 %,
 pois o calor 
FQ
 pode 
ser nulo – o que não contraria a segunda lei 
da termodinâmica. 
 
Estão CORRETAS apenas as alternativas: 
 
a) I, II e IV. 
b) I, II e III. 
c) II, III e IV. 
d) II, III e V. 
e) III, IV e V. 
 
07. (Udesc) Analise as proposições com 
relação às leis da termodinâmica. 
 
I. A variação da energia interna de um sistema 
termodinâmico é igual à soma da energia na 
forma de calor fornecida ao sistema e do 
trabalho realizado sobre o sistema. 
II. Um sistema termodinâmico isolado e 
fechado aumenta continuamente sua 
energia interna. 
III. É impossível realizar um processo 
termodinâmico cujo único efeito seja a 
transferência de energia térmica de um 
sistema de menor temperatura para um 
sistema de maior temperatura. 
 
Assinale a alternativa correta. 
 
a) Somente as afirmativas I e II são 
verdadeiras. 
b) Somente as afirmativas II e III são 
verdadeiras. 
c) Somente as afirmativas I e III são 
verdadeiras. 
d) Somente a afirmativa II é verdadeira. 
e) Todas afirmativas são verdadeiras. 
 
 
 
 
QUESTÃO 01 Gabarito: [E] 
 
Como o gás sofreu uma expansão, ou seja, 
aumentou o volume, então ele realizou trabalho, 
mas o processo foi adiabático, isto é, sem haver 
troca de calor com o meio externo, portanto o 
trabalho realizado pelo gás foi à custa de sua 
energia interna. Assim, a resposta correta é letra 
[E]. 
 
QUESTÃO 02 Gabarito: [B] 
 
A variação da energia interna de um gás ideal 
depende tão somente da sua temperatura 
absoluta. Nota-se para os dois processos 
apresentados que as temperaturas inicial e final 
são iguais, portanto as variações da energia 
interna também serão iguais. 
O trabalho é representado pela área sob a curva, 
com isso, identifica-se que o processo I o trabalho 
realizado é menor quando comparado ao 
processo II. 
 
 
QUESTÃO 03 Gabarito: [D] 
 
[A] Falsa. A energia interna de um gás é função de 
sua temperatura absoluta. 
[B] Falsa. De acordo com a primeira Lei da 
Termodinâmica, temos: 
 
GABARITOS 
 
 
 
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U Q W U 48 16 U 32 JΔ Δ Δ      
 
[C] Falsa. Ao fornecer uma energia a um sistema, 
este pode realizar trabalho ou aumentar sua 
energia interna. 
[D] Verdadeira. 
[E] Falsa. A avaliação das variáveis de processo 
depende de estabelecer um estado inicial e um 
estado final. 
 
QUESTÃO 04 Gabarito: [D] 
 
[I] Incorreta. Numa transformação adiabática o 
calor trocado é nulo. 
[II] Correta. A variação da energia interna é 
diretamente proporcional à variação da 
temperatura absoluta. 
[III] Correta. Numa transformação isotérmica, o 
trabalho realizado é nulo. Assim: 
U Q W U Q 0 U Q.Δ Δ Δ      
 
 
QUESTÃO 05 Gabarito: [B] 
 
Processo adiabático por definição não há 
transferência de calor, 
Q 0.
 
 
QUESTÃO 06 Gabarito: [C] 
 
Analisando as afirmativas, temos: 
[I] (Falsa) Em um processo isotérmico, a energia 
interna é constante, e, portanto sua variação é 
nula 
U 0;Δ 
 
[II] (Verdadeira) Não há troca de calor em um 
processo adiabático 
(Q 0)
 e como temos uma 
expansão o trabalho que o gás realiza se dá à 
custa da energia interna causando um 
resfriamento do sistema. 
Da primeira lei da Termodinâmica, para uma 
expansão adiabática 
(Q 0)
: 
 final inicial inicial finalU Q W U 0 W U W W U W U U W U U ;Δ Δ Δ Δ                 
 
Logo, não significa que o trabalho é negativo, 
pois se trata de uma expansão, mas este 
trabalho é devido à variação negativa da 
energia interna. 
[III] (Verdadeira) Neste caso temos um processo 
de compressão adiabática 
(Q 0)
, em que 
haverá um aquecimento do gás graças ao 
trabalho realizado sobre o gás. A diferença de 
energia interna é positiva e o trabalho entregue 
ao sistema é negativo (trabalho feito sobre o 
gás – compressão). Sendo assim, de acordo 
com a Primeira Lei da Termodinâmica, temos: 
U Q WΔ  
 
Para um processo adiabático 
(Q 0)
 então: 
U WΔ  
 
Mas como temos uma compressão, o trabalho 
é realizado sobre o gás e, portanto 
negativo. 
U ( W)Δ   
 
 
Como poderíamos esperar temos um aumento 
de temperatura, pois 
U 0.Δ 
 
E, finalmente temos a expressão 
U W;Δ  
 que 
do jeito que foi colocada na questão pode dar 
margens à dúvidas, pelo trabalho ser, de fato 
negativo. 
[IV] (Verdadeira) O trabalho útil do ciclo 
τ
 
corresponde à área sob as curvas 
A
ou ainda 
pela diferença de calor entre a fonte quente e 
a fonte fria: 
Q FQ Q ;τ  
 tendo apenas a 
ressalva de que o calor da fonte fria seja 
diferente de zero 
FQ 0,
 pois do contrário 
violaria a Segunda Lei da Termodinâmica onde 
não podemos ter um rendimento de 
100%
 
utilizando máquinas térmicas, considerando o 
calor da fonte fria nulo, ou seja, é impossível 
transformar todo o calor em trabalho. 
[V] (Falsa) A Segunda Lei da Termodinâmica diz 
que é impossível construir uma máquina que 
obedeça ao ciclo de Carnot com um rendimento 
de 
100%,
 visto que é impossível converter o 
calor de forma integral em trabalho. 
Sendo assim, a alternativa correta é [C]. 
 
QUESTÃO 07 Gabarito: [C] 
 
[I] CORRETA. Do enunciado, o calor é fornecido 
ao sistema 
(Q 0)
 e o trabalho é realizado 
sobre o sistema 
(W 0).
 Assim, pela primeira lei 
da termodinâmica, tem-se que: 
Q W U
U Q W
Δ
Δ
 
 
 
 
Como, 
Q 0
W 0



 
 
Logo, 
 U Q W
U Q W
Δ
Δ
  
 
 
 
[II] INCORRETA. Quando um sistema é fechado, 
não existe troca de calor com o meio externo 
nem é realizado trabalho, seja sobre ou pelo 
sistema. Logo, 
Q 0
W 0
U 0Δ



 
 
 
 
 
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l 
 
[III] CORRETA. De acordo com a segunda lei da 
termodinâmica 
 
 
 
 
Referencial Teórico: 
Gaspar, Alberto. Fisica. São Paulo: Áttica, 2003, 
vol 1. 
 
Ramalho, F. J.; NICOLAU, G. F.; TOLEDO, P. A. 
Os Fundamentos da Física, 10 ed.. São Paulo, 
Editora Moderna, 2013, vol 1. 
 
GREF: Grupo de Reelaboração do Ensino da 
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Editora Universidade de São Paulo, 1991. 
 
HEWITT, Paul G. Física Conceitual; tradu’zão 
Trieste Freire Ricci e Maria Helena Gravina - 9 ed 
- Porto Alegre: Editora Bookman, 2002. 
 
MÁXIMO, Antônio; ALVARENGA, Beatriz. Curso 
de Física vol 1, 4 Ed. São Paulo, Editora Scipione, 
1997. 
 
HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J.. 
Fundamentos de Física Vol 1, 4 ed. Rio de 
Janeiro, Editora LTC, 1996. 
 
PARANÁ, D. Física para o Ensino Médio, 2 ed, 
São Paulo, Editora Ática, 1999. 
 
CARRON, W.; GUIMARÃES, O.. As faces da 
Física, 2 ed, São Paulo, Editora Moderna, 2002.