1ª e 2ª Leis da Termodinâmica

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1ª e 2ª Leis da Termodinâmica
Recurso de apoio a aula presencial
São várias as formas de alterar o estado de
energia de um sistema

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Quando um sistema chega ao estado final, não é
possível detetar por qual dos caminhos ele foi
atingido, mas é sempre verdade (Lei da
Conservação da Energia):
Q
W
U +
=

1ª Lei da Termodinâmica
1ª Lei da Termodinâmica
Num sistema não isolado, em que apenas haja variação
da energia interna, a soma W+Q é igual à variação da
energia interna, ∆U, desse sistema.
NOTA: W+Q → Soma algébrica!
•Quando entra energia no sistema, seja por trabalho
ou calor, W, Q >0 pois fazem aumentar a energia
interna → U>0;
•Quando sai energia do sistema: W, Q, ∆U < 0

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Balanços energéticos em sistemas termodinâmicos
Exemplo 1: Recipiente feito de material isolador térmico
Parede transparente
Tampa do cilindro fixo
∆U = W + Q
∆U = 0 + Q (radiação)
∆U = Q, ∆U >0
Balanços energéticos em sistemas termodinâmicos
Exemplo 2: Recipiente feito de material isolador térmico
Paredes opacas
Tampa do cilindro empurrada para baixo
∆U = W + Q
∆U = W + 0
∆U = W, ∆U >0
Nota:
•Se o volume do sistema diminuir: W>0;
•Se o volume do sistema aumentar: W<0

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Balanços energéticos em sistemas termodinâmicos
Exemplo 3: Recipiente feito de material isolador térmico
Tampa fixa
Sujeito a agitação
∆U = W + Q
∆U = W + 0
∆U = W, ∆U > 0
Balanços energéticos em sistemas termodinâmicos
Exemplo 4: Recipiente em contacto térmico com uma
fonte quente
Tampa móvel
∆U = W + Q
W<0 Q>0
∆U = -W + Q

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Balanços energéticos em sistemas termodinâmicos
Exemplo 5: Recipiente em contacto térmico com uma
fonte fria
Tampa fixa
∆U = W + Q
∆U = 0 – Q
∆U = -Q
Se o sistema for isolado, não há trocas de
energia nem por calor nem por trabalho com a
vizinhança
0
=
U

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James Watt
(1736-1819)
A invenção da máquina a vapor: calor → trabalho
Sadi Carnot
(1796-1832)
Estudo do rendimento das máquinas a vapor
O calor não pode ser transformado
integralmente em trabalho, isto é,
em energia útil.
Nas transformações de energia, há sempre uma parte
que sofre degradação e essa degradação é inevitável.

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Degradação de energia e rendimento
Num sistema isolado, a
quantidade de energia
útil nunca aumenta
A irreversibilidade dos processos térmicos
Todo o trabalho pode ser transformado em calor…

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…mas nem todo o calor pode ser transformado em
trabalho!
A irreversibilidade dos processos térmicos – mais
exemplos
O movimento de um barco aquece a água…
…mas não pode arrefecer a água para se movimentar!

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A irreversibilidade dos processos térmicos – mais
exemplos
O calor é transferido sempre dos corpos mais quentes
para os mais frios…
…e nunca espontaneamente dos mais frios para os mais
quentes!
2ª Lei da Termodinâmica
O rendimento de uma máquina é sempre inferior a
100%
Nos processos espontâneos verifica-se uma diminuição
da energia útil.