1ª lei da termodinâmica
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P r o f . T h i a g o M . d e O l i v e i r a
Termodinmica
1 Lei da termodinmica
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A termodinmica
Podemos dizer que Termodinmica a parte da Fsica queestuda um sistema fsico do ponto de vista macroscpico,ou seja, utilizamos variveis como Presso, Temperatura,Volume, Energia, entre outras para descrever como essesistema se comporta. No h aqui preocupao de entendero comportamento das partculas que compem essesistema.
o Seu desenvolvimento teve um carter muito emprico, j que suas leis resultaram de observaes experimentais.
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Alguns personagens
Joseph Black (1728-1799)
James Watt (1736-1819) Benjamim Thomson
Conde Rumford(1753-1814)
Julios Robert Von Mayer (1814-1878)
Herman Von Helmholtz (1821-1894)
James Prescott Joule (1818-1889)
Rudolf J. E. Clausius (1822-1888)
Wiliam Thomson Lord Kelvin(1824-1907)
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O contexto histrico
O desenvolvimento maior dos conceitos termodinmicos comoconhecemos hoje ocorre ao longo dos Sculos XVIII e XIX
Fase de mudanas sociais e econmicas na Europa
o Transio do regime feudal para o modo de produo capitalista
Valorizao revoluo cientfica do sculo XVII
o Os mtodos da cincia experimental passam a ser aplicados emdiversas reas do conhecimento
o Ajudam na transformao de meios de produo
Maquinaria Textil Principal indstria da Inglaterra
Essas transformaes vo desencadear a chamada revoluoindustrial
A revoluo industrial estimula a atividade cientfica
o Mtodos da cincia so usados para resolver problemas da indstria
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A relao entre a histria e a cincia
Na realidade, quanto mais estreitas so as relaes entre acincia, a tcnica, a economia e a poltica do perodo, maisclaramente se mostra a formao de um processo nico detransformao da cultura. Tal perodo de capital importncia
para o progresso da humanidade.(J. D. Bernal)
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A energia interna
A energia interna de um gs a somatria das diversasparcelas de energia do gs, tais como, energia cintica mdia das
molculas, energia cintica de rotao das molculas, energia
potencial...etc
Translao do CM Rotao em tornodo CM
Vibrao interna
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A energia interna
Para um gs ideal qualquer, a energia interna (U) dependeapenas da temperatura (T):
T aumenta T > 0 U > 0 (U aumenta)
T diminui T < 0 U < 0 (U diminui)
T constante T = 0 U = 0 (U constante)
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Trabalho numa transformao
O trabalho pode ser realizadopelo ou sobre o sistema.
o Trabalho da fora exercida pelogs ser:
o Sendo pG a presso exercida pelogs, temos:
o De (1) e (2), temos:
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No grfico p X V o mdulo do trabalho dado pela rea sobo grfico
Trabalho numa transformao
pG
V
Vi Vf
|W|
V
pG
Vi Vf
|W|
V
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Podemos observar pela equao que:
Trabalho numa transformao
W > 0 para a situao de expanso do gs: o trabalho
realizado pelo gs
W < 0 para a situao de contrao do gs: o trabalho
realizado sobre gs
W = 0 para a situao de transformao isomtrica:
no h trabalho envolvido
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Processos termodinmicos
Sistema um corpo ou um conjunto de corpos queisolamos fsica ou mentalmente para estud-lo; tudo que ocerca o sistema, isto , o resto do Universo, denomina-sevizinhana.
Sistema: corpo do
nadador
Vizinhana: ar e gua
A energia do nadador transferida para o ar e para a gua
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Processos termodinmicos
Percebemos que um sistema pode interagir com suavizinhana:
o trocando calor
o realizando trabalho pelo ou sobre o sistema
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Processos termodinmicos
Um processo termodinmico podeser representado, de formaesquemtica, por meio dodiagrama ao lado.
O movimento de um pisto devido compresso e expansode um gs, pode ser usado para obter energia mecnica: fazergirar uma roda fixa em um eixo.
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1 lei da termodinmica
Quando fornecemos um quantidade de energia Q, na formade calor a um sistema, essa energia pode ser usada de duasmaneiras:
o Uma parte da energia poder ser usada para o sistema realizar um
trabalho (W), expandindo-se (W > 0) ou contraindo (W < 0).
o Eventualmente pode acontecer de o sistema no alterar seu volume
assim o trabalho ser nulo.
o A outra parte da energia ser absorvida pelo sistema,
transformando-se em energia interna. Dito de outro modo: essa
energia igual variao da energia interna (U) do sistema.
o Eventualmente pode acontecer U = 0; significa que, nesse caso o
calor Q foi usado para a realizao de trabalho.
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1 lei da termodinmica
A variao da energia interna de um sistema dada pela diferena entre o calor trocado com o meio exterior e o
trabalho realizado no processo termodinmico.
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1 lei da termodinmica
Exemplo a:Parte da energia Q fornecida ao gs usada para realizar trabalho W e parteabsorvida pelo sistema em forma deenergia interna U.
Exemplo b:Fornece-se ao sistema uma energia Qsendo que toda ele convertida emenergia interna U.
(a)
(b)
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Aplicaes da 1 lei
TRANSFORMAO ISOTRMICA
Temperatura constante e a presso inversamente proporcional
ao volume
Assim, U = 0 Q W = 0
1P
V
Numa transformao isotrmica de umsistema, o trabalho realizado igual aocalor trocado com a sua vizinhana.
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Aplicaes da 1 lei
TRANSFORMAO ISOVOLUMTRICA
Volume constante e a presso diretamente proporcional
temperatura
Assim, W = 0 U = Q - 0
Numa transformao isovolumtrica, avariao da energia interna igual aocalor trocado com a vizinhana.
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Aplicaes da 1 lei
TRANSFORMAO ISOBRICA
Presso constante e o volume diretamente proporcional
temperatura
Assim:
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Aplicaes da 1 lei
TRANSFORMAO ADIABTICA
a transformao na qual no existe troca de calor com o meio
externo. Ela pode ocorrer de duas maneiras:
o quando as paredes que envolvem o cilindro que contm o gs so
adiabticas ou isolantes trmicas;
o quando as transformaes so rpidas, pois, dessa forma, no existe tempo
para que as trocas de calor ocorram;
Assim, Q = 0 U = 0 - W
Numa transformao adiabtica, avariao da energia interna do gs igual ao mdulo do trabalho realizado.
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Aplicaes da 1 lei
TRANSFORMAO CCLICA
a transformao na qual o sistema, partindo de um estado
inicial qualquer, sofre sucessivas transformaes e retrona ao
mesmo estado inicial.
U = 0
Em relao ao trabalho:o 12: W > 0; W = rea abaixo da reta 1 2
(trabalho realizado pelo o sistema)
o 34: W < 0; W = rea abaixo da reta 3 4
(trabalho realizado sobre o sistema)
o 23 e 41: W = 0; V = 0
o WR = rea limitada pelas quatro transformaes
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