Resumão - 1ª Lei da Termodinâmica para Sistemas
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Resumão - 1ª Lei da Termodinâmica para Sistemas


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RESUMÃO 
ENG. MECÂNICA 
1ª Lei da Termodinâmica 
 
Macetes, Fórmulas e Exemplos para a prova do CP-CEM 
 
 
 
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1ª Lei da Termodinâmica para Sistemas 
 
Você que é estudante de engenharia e almeja tanto entrar em um mercado 
tão competitivo já deve ter visto muito sobre esse assunto. Mas sempre nas 
apostilas ele vem sempre todo seguido de \u201cdW\u201d, \u201cintegral de P.dV\u201d e tals. Tudo 
muito complicado. Mas nós estamos aqui pra facilitar pra vocês. 
A primeira \u201ccoisa\u201d que temos que entender nesse resumo é: \u201cO que é a 1ª 
Lei da Termodinâmica?\u201d \u201cPor que ela é tão importante?\u201d Então vamos parar de 
enrolar e vamos direto ao assunto! 
O que é a 1ª Lei da Termodinâmica? 
Essa Lei trata da CONSERVAÇÃO DA ENERGIA em um ou qualquer processo 
termodinâmico. Ou seja, quer dizer que a energia de um determinado ponto 1 
será igual à de um ponto 2, considerando tudo que acontece no caminho entre 
1 e 2, claro! Pra ficar mais fácil, vamos ver a figura abaixo: 
 
 Figura 1: Conservação da energia entre os pontos 1 e 2. 
 Como podemos perceber, nos pontos 1 e 2 o corpo redondo possui 
uma velocidade, temperatura, pressão e altura. Cada uma delas contribui um 
pouco com a energia no ponto. Então, a partir da conservação da energia, 
podemos dizer que: 
 \ud835\udc38\ud835\udc5b\ud835\udc52\ud835\udc5f\ud835\udc54\ud835\udc56\ud835\udc4e1 = \ud835\udc38\ud835\udc5b\ud835\udc52\ud835\udc5f\ud835\udc54\ud835\udc56\ud835\udc4e2 (1) 
E o que isso quer dizer?? 
Que a energia não pode 
ser destruída nem 
criada! Ela tem que vir de 
algum lugar ou ir para algum lugar! 
 
 
EQUAÇÕES 
IMPORTANTE: 
Energia Cinética: 
\ud835\udc38\ud835\udc50 =
\ud835\udc5a. \ud835\udc632
2
 
Energia 
Potencial: 
\ud835\udc38\ud835\udc50 = \ud835\udc5a. \ud835\udc54. \ud835\udc67 
Lembrando que: 
\uf0b7 m = massa 
[kg] 
\uf0b7 g = gravidade 
= 9,81 m/s² 
\uf0b7 z = altura [m] 
 
 
 
 
Quais os tipos de energia? 
\uf0b7 Potencial 
\uf0b7 Cinética 
\uf0b7 Térmica (depende da Temp.) 
\uf0b7 Calor (dado em Joules) 
\uf0b7 Trabalho (dado em Joules) 
 
 
 
Mas o que pode ocorrer no caminho entre os pontos 1 e 2? O que isso afetaria nas energias de cada um 
dos pontos? 
Em termodinâmica estudamos dois tipos de interações energéticas externas que afetam o sistema: o 
Calor e o Trabalho. 
 
 Então a partir de tudo isso que falamos aqui, como o trabalho e o calor entram para alterar a equação 1? 
Vamos explicar isso no tópico abaixo, mostrando a aplicação em um sistema. Não sabe o que é um sistema? 
Calma, a gente explica! 
1ª Lei da Termodinâmica para Sistemas 
Como prometido no tópico anterior, primeiramente vamos explicar o que é um sistema termodinâmico. 
Um sistema é uma quantidade de uma determinada substância (na maioria dos casos, um fluido) que será 
analisada em uma situação. Essa substância será delimitada por uma fronteira. Mas agora vem a 
característica mais importante de um sistema: em um sistema, somente energia pode entrar ou sair dele. 
Ou seja, nenhuma massa poderá entrar ou sair dele! Vamos perceber melhor na figura abaixo: 
 
Figura 2: Um cilindro + pistão é o melhor exemplo de sistema encontrado nos problemas de 
termodinâmica. 
 
Quais os mecanismos de 
transferência de calor? 
\uf0b7 Condução 
\uf0b7 Convecção 
\uf0b7 Radiação 
Como ocorre trabalho em 
um processo? 
O trabalho ocorre quando ocorre 
algum tipo de deslocamento no 
sistema a partir de uma força. Ou seja, 
sem deslocamento, sem trabalho! 
 
 
 
 
 Vamos supor que o sistema cilindro + pistão da Figura 2 contém uma determinada massa de água. Essa 
massa está a uma temperatura e pressão conhecidas. O pistão é livre para se mover para cima ou para baixo à 
medida que as condições se alteram dentro dele. Como podemos perceber, a flecha que entra no pistão 
representa o trabalho (W) e a que sai é o calor (Q). Mas e a massa de água no interior? Se altera? E a resposta é: 
NÃO!! Ou melhor, se o conjunto pistão + cilindro for um sistema, essa massa não vai ser alterada, somente 
energia pode entrar ou sair. 
 Vale lembrar 
também que em 
termodinâmica 
estudamos somente as 
substâncias puras. Ou 
seja, substâncias 
compostas por apenas 
um elemento. 
Exemplos: água, 
amônia, álcool etc. 
 Já feitas todas essas explicações, vamos agora para a equação definitiva 
e geral da 1ª lei da Termodinâmica para sistemas: 
\ud835\udc44 = \ud835\udc382 \u2212 \ud835\udc381 + \ud835\udc4a (2) 
Onde \u2018Q\u2019 representa o calor que entra ou sai do sistema, \u2018W\u2019 
representa o trabalho aplicado pelo ou contra o sistema e os \u2018E\u2019s representam 
as energias de cada ponto, sendo elas dadas por: 
 \ud835\udc382 = \ud835\udc482 +
\ud835\udc5a\ud835\udc632
2
2
+ \ud835\udc5a\ud835\udc54\ud835\udc672 (3) 
\ud835\udc381 = \ud835\udc481 +
\ud835\udc5a\ud835\udc631
2
2
+ \ud835\udc5a\ud835\udc54\ud835\udc671 
 Das equações 3 podemos perceber que a energia de um determinado 
ponto é composta pela energia cinética, potencial e por um novo parâmetro 
(U) que ainda não foi apresentado, chamado de \u201cenergia interna\u201d. Nós aqui já 
definimos os mecanismos de transferência de calor e de trabalho, mas como 
definimos a energia interna?? É simples. A energia interna é uma propriedade 
termodinâmica. E como propriedade, ela independe do caminho percorrido 
entre 1 e 2, dependendo somente de duas outras propriedades para ser 
definida, como a temperatura e pressão. 
 
 
 
 
 
IMPORTANTE!! 
Em um sistema, somente energia entra 
ou sair dele. A massa em seu interior é 
constante!! 
ESTADOS DAS 
SUBSTÂNCIAS 
PURAS: 
Vamos assumir que 
conhecemos a 
temperatura de 
saturação de um fluido. 
Líquido Sub-
Resfriado: 
\ud835\udc47 < \ud835\udc47\ud835\udc60\ud835\udc4e\ud835\udc61 
Vapor 
Superaquecido: 
\ud835\udc47 > \ud835\udc47\ud835\udc60\ud835\udc4e\ud835\udc61 
Líquido + Vapor 
\ud835\udc47 = \ud835\udc47\ud835\udc60\ud835\udc4e\ud835\udc61 
 
 
 
 
Como definir uma 
propriedade? 
Para se definidir uma propriedade 
termodinâmica, basta conhecer 
outras duas para ser definido o seu 
estado. Para isso, usam-se as tabelas! 
 
 
 
 
 Outros tipos de propriedades de uma substância são: volume específico, entalpia, entropia, temperatura 
e pressão. Elas são relacionadas nas tabelas termodinâmicas, que mostram todas as propriedades de um 
determinado fluido em diversas condições. A figura abaixo mostra a tabela para a água no estado de líquido + 
vapor. 
 
Figura 3: Tabela termodiâmica com propriedades para água no estado de líquido + vapor. 
 Mas beleza... falamos aqui de propriedades, calor, trabalho, 1ª Lei etc, mas como vamos definir as 
propriedades de uma substância e pra que isso é útil? Bom, vamos detalhar isso mais pra frente. Agora, o 
importante é simplificarmos a equação 2. Mas simplificar pra quê? Se vocês olharem a Figura 3, vão ver que os 
valores da energia interna são em média de 1000 a 2000. No entanto, as energias cinética e potencial apresentam 
um centésimo desse valor. Por isso, podemos desconsiderar as duas. Aí, a equação 2 vai ficar assim: 
 \ud835\udc44 = \ud835\udc482 \u2212 \ud835\udc481 + \ud835\udc4a (4) 
 As energias cinética e potencial sumiram! E isso é muito importante, pois na maioria dos exercícios as 
velocidades e alturas nem são dadas. Por isso, não se confunda! 
 Vamos aplicar essa equação 4 em um exemplo. 
 
EXEMPLO 1: O trabalho fornecido a um sistema é de 5000 kJ e o calor transferido é de 1000 kJ. Determine a 
variação de energia interna do sistema. 
Solução: Da equação 4, temos: 
\ud835\udc44 = \ud835\udc482 \u2212 \ud835\udc481 + \ud835\udc4a 
1000 = \ud835\udc482 \u2212 \ud835\udc481 + 5000 
Resposta: 
\ud835\udc482 \u2212 \ud835\udc481 = \u22124000 \ud835\udc58\ud835\udc3d 
 
 
 
 
 
 Então tá... agora tá na hora de falarmos sobre como definir as propriedades. Quando a substância se 
encontra no estado de vapor superaquecido ou líquido sub-resfriado, basta que tenhamos o valor da temperatura 
e pressão que é possível definir os valores da energia interna, entalpia, volume específico e entropia. Mas o 
estado for de líquido + vapor, o buraco é mais embaixo. 
 Vamos voltar pra Figura 3, observando a linha em que 
a temperatura é de 45° C e a pressão é 12,35 kPa. Se eu te 
perguntar o valor da energia interna específica você saberia 
me responder? Creio que não, pois nessa linha nós temos os 
valores de \ud835\udc62\ud835\udc59 , \ud835\udc62\ud835\udc59\ud835\udc63 \ud835\udc52 \ud835\udc62\ud835\udc63. Qual o