AULA 2 - PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

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Me. Lauro César S. Maduro 
• Transferência de energia para um sistema, em um processo 
equivalente a elevação ou abaixamento de um peso sob ação 
da gravidade. 
TRABALHO DE EXPANSÃO 
Ao fornecer uma energia ao gás, ele 
se expande realizando trabalho. 
Deslocamento 
Em termodinâmica, trabalho diz respeito a expansão 
de um gás 
Fornecimento de energia 
W = F.d 
w=trabalho 
F=Força 
d=deslocamento 
F = Pext . A 
W = Pext . A.d 
 
W = Pext . ∆V 
Trabalho termodinâmico de 
expansão 
W = -Pext . ∆V 
FÍSICA 
Variação de volume, sob ação de uma pressão externa 
Energia de movimento: translacional; rotacional, vibracional e 
eletrônica 
Se um sistema só realiza trabalho, esse trabalho serve 
para modificar a energia interna. 
∆U = w 
∆U = Variação da energia interna 
W = Trabalho 
 
W = -Pext . ∆V Considerando que a Pressão externa é constante 
W<0 
∆V >0 
W negativo 
Trabalho realizado pelo sistema 
Variação positiva do volume 
Vfinal > Vinicial 
Expansão 
W>0 
∆V<0 W positivo 
Trabalho realizado sobre o sistema 
Variação negativa do volume 
Vfinal < Vinicial 
Compressão 
Pext = P Pressão externa variável 
A Pressão externa será 
modificada 
W = -Pext . ∆V 
Lei de Boyle 
dw= -PdV 
dw= variação infinitesimal do trabalho 
dV= variação infinitesimal do volume 
PV = nRT 
Equação do gás ideal 
dw= -PdV 
 - nRT 
 V 
dV 
N = constante 
R = constante 
T = constante 
Integral 
W = -nRT ln V2 
 V1 
Equação do trabalho 
para : 
P= variável 
T= constante 
Reversível 
Gás ideal 
 
W = -Pext . ∆V 
P = constante 
Irreversível 
Processo irreversível = é aquele em que o sistema sofre uma 
transformação num único sentido, como por exemplo um gás que expande 
apresentando uma única variação de volume e tendo a pressão interna igual a 
externa 
Processo Reversível = é aquele em que o sistema sofre uma 
transformação em variações infinitesimais de volume e pressão, isto é, assumindo 
diferentes sentidos durante o processo. 
Eu tenho dois processos ocorrendo, eles vão sair do estado 1 para 
o estado final de maneira semelhante, porém um processo é 
reversível e o outro não, o trabalho realizado pelo sistema é o 
mesmo? 
NÃO 
O trabalho máximo que um sistema 
pode executar é um processo 
reversível 
Um pistão confina 1,00 mol de argônio em um volume de 1 litro em 
25ºC. Dois experimentos são feitos: 
 a) O gás expande-se até 2 litros contra a pressão constante de 1 atm. 
b) O gás expande-se reversível e isotermicamente até o mesmo volume final. 
 
Qual processo executa mais trabalho? 
Vi = 1L 
Vf = 2L 
∆V = 1L 
P1 = 1ATM 
T = 25 + 273= 298Kelvins 
Processo A 
W= -Pext . ∆V W= -1.1 = - 1 atmL = -101J 
- 1 atmL . 101,325 J/atmL 
W = -101 J 
Processo B 
W = -nRT ln V2 
 V1 
W= - 1,72 x 103 J 
Lembrando: 
R vária dependendo da unidade que se use 
Jaule = 8,3145 J/Kmol 
CALOR = q Calor é a transferência de 
energia, movida pela 
diferença de temperatura, ou 
seja, é energia térmica em 
movimento. 
Só existe calor enquanto existe diferença 
de temperatura 
∆U= q 
q>0 = o sistema absorveu calor de alguma forma (processo 
endotérmico) 
q<0 = o sistema perdeu calor de alguma forma (processo 
exotérmico) 
Do ponto de vista 
termodinâmico, nós não 
temos calor, porque 
calor não é uma coisa 
Capacidade calorífica É uma propriedade do sistema 
É a constante de proporcionalidade 
entre o calor transferido e a 
variação da temperatura. 
q∞ ∆T q = C.∆T 
C= q/∆T 
Calor específico: 
c= C/m 
C= capacidade 
calorífica. 
M= massa 
 
q= m.c. ∆T 
Capacidade calorífica 
molar: 
Cm= C/n 
C= capacidade calorífica. 
n= número de mols 
 
q= n.Cm. ∆T 
Quanto maior for a capacidade calorífica, 
menor será a variação de temperatura 
para uma dada transferência de calor 
Propriedade do 
material 
Calor especifico = Quantidade de calor trocado pela 
substância, por unidade de massa, para variar a temperatura 
em uma unidade 
C. Específico eu consigo 
tabelar para uma dada 
massa 
Se eu oferecer a mesma 
quantidade de calor para 
o cobre e para a amônia, 
qual vai esquentar mais? 
C= q/∆T 
O cobre: ele tem a menor 
capacidade calorífica, logo vai 
ter a maior variação de 
temperatura. 
Um calorímetro, de volume constante, foi calibrado com uma reação que libera 1,78 kj de 
calor em 0,100L de uma solução colocada no calorímetro, e a temperatura aumenta 
3,65ºC. 
Em seguida, 50 mL de uma solução 0,20 mol/L de HCL(aq) no mesmo calorímetro e a 
temperatura subiu 1,26ºC. 
Qual a variação de energia interna da reação de neutralização? 
Calibração: 
q=Ccal. ∆T 
Ccal = 1,78kj/ 3,65º C 
Ccal = 0,488kj/
oC 
Reação de neutralização: 
qneu = Ccal . ∆T 
qneu = 0,488kj/
0C. 1,260C 
qneu = 0,614 kj 
qneu = -0,614 kj (calor liberado 
Variação da energia interna 
∆U= q 
∆U= -0,612 kj 
Assumindo que só houve troca 
de calor, uma vez que o 
calorímetro tem volume 
constante. 
A energia interna de um sistema isolado é 
constante. 
 A energia interna é uma energia própria do sistema 
 O sistema de trabalho é isolado: Não troca matéria e nem energia com a vizinhança 
 A variação de energia interna é sempre zero 
∆E = ∆Esis + ∆Eviz = 0 ∆Esis = - ∆Eviz 
 A energia não é destruída de nenhuma forma, ela é apenas transformada ou trocada 
∆E = ∆U 
Embora a primeira lei diga que a energia global (∆E) seja 
conservada, ela não impede a transferência de energia. 
 Em um sistema fechado, 
pode ocorrer troca de 
energia 
∆U = q + w 
 Em um sistema isolado: 
∆U =0 
q = - w 
Primeira lei: A energia do universo se conserva 
Se o sistema é isolado, a energia interna se 
conserva. 
RELEMBRANDO 
Tanto Calor (q) quanto trabalho (w) são formas de 
transferência de energia. 
Trabalho é uma forma de transferência 
organizada, onde as moléculas se movem 
no mesmo sentido. 
O Calor é uma transferência de energia 
aleatória. 
O motor de um automóvel realiza 520 Kj de trabalho e perde 220Kj de energia 
na forma de calor. 
Qual a variação de energia interna do motor? 
∆U = q+w W= 520Kj W= -520Kj 
q= 220 Kj q= -220 Kj 
∆U = -520 - 220 
∆U = -740 KJ 
O Sistema está perdendo, 740 KJ de energia no 
geral 
Primeira lei ∆E = ∆Esis + ∆Eviz 
∆E = -740Kj+ 740 Kj 
∆E = 0 – conservação de energia 
 
A energia interna é uma função de 
estado 
Ou seja, só depende do estado inicial e 
final do sistema. 
Suponha que 1 mol de moléculas de um gás ideal, em 292k e 3 atm, se expanda de 8 
litros a 20 litros e atinja a pressão final de 1,20 atm, por dois caminhos diferentes. 
Determine o trabalho realizado, o calor transferido e a troca de energia interna para os 
dois caminhos. 
a) O caminho A é uma expansão isotérmica reversível. 
b) O caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás esfria em volume constante até que a 
pressão atinha 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se expande contra uma 
pressão de 1,20 atm até que o volume atinha 20 litros e T=292k 
W=-nRTlnV2/V1 
W= - 1.8,3145.292.ln 20/8 
W= -2,22 KJ 
O trabalho é realizado pelo sistema, expansão, logo o 
trabalho tem que ser negativo 
As propriedades termodinâmicas de um gás ideal só 
variam se tiver variação da temperatura. 
∆U = 0 
q= - w 
q= 2,22KJ 
Sistema isolado 
Suponha que 1 mol de moléculas de um gás ideal, em 292k e 3 atm, se expanda de 8 
litros a 20 litros e atinja a pressão finalde 1,20 atm, por dois caminhos diferentes. 
Determine o trabalho realizado, o calor transferido e a troca de energia interna para os 
dois caminhos. 
a) O caminho A é uma expansão isotérmica reversível. 
b) O caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gás esfria em volume constante até que a 
pressão atinha 1,20 atm. Na etapa 2, ele é aquecido e se expande contra uma 
pressão de 1,20 atm até que o volume atinha 20 litros e T=292k 
Parte 1 = Volume constante, não tem 
realização de trabalho 
W1=0 
∆U= 0 (função de estado) 
Wt = W1+W2 
 
W2= - Pext.∆V 
Parte 2 = Contra uma pressão 
constante. 
W2= - 1,20atm.12L = -14,4 atm.L 
W2= -14,4 atm/L . -101,325 J/atm.L = -1,46 KJ 
∆U= 0 
q=-w 
q= 1,46kj