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1ª LEI DA
TERMODINÂMICA
Termodinâmica
      É a ciência que trata:
 Do calor e do trabalho;
 Das características dos sistemas e;
 Das propriedades dos fluidos termodinâmicos
Alguns ilustres pesquisadores
                 que construiram a termodinâmica




                                                     James
 Sadi Carnot
                                                     Joule
 1796 - 1832
                                                   1818 - 1889




                       Emile Claupeyron
                         1799 - 1864




Wiliam Thomson
                                                     Rudolf
  Lord Kelvin                                       Clausius
  1824 - 1907                                      1822 - 1888
Contribuição de James Joule
                 1839   Experimentos:
                        trabalho mecânico, eletricidade e calor.

                 1840   Efeito Joule : Pot = RI2
                                                                        Lei da
                 1843   Equivalente mecânico do calor                Conservação
James P. Joule          ( 1 cal = 4,18 J)                                de
  (1818-1889)    1852   Efeito Joule-Thomson : decrescimo              Energia
                        da temperatura de um gás em função da
                        expansão sem realização de trabalho
                        externo.



   As contribuições de Joule e outros levaram
     ao surgimento de uma nova disciplina:
                                                                         1a Lei
                a Termodinâmica                                    da Termodinâmica
Para entender melhor a 1ª Lei da
Termodinâmica é preciso compreender as
características dos sistemas termodinâmicos
e os “caminhos” percorridos pelo calor
Sistema Termodinâmico

                                Certa massa delimitada por
                                      uma fronteira.


                                        Sistema fechado
                               Sistema que não troca massa com a
Vizinhança do sistema.         vizinhança, mas permite passagem
                               de calor e trabalho por sua fronteira.
   O que fica fora da
       fronteira

                               Sistema isolado
                         Sistema que não troca energia
                        nem massa com a sua vizinhança.
Transformação




Variáveis de                    Variáveis de
  estado                          estado

    P1                              P2
    V1                              V2
    T1                              T2
    U1                              U2

 Estado 1       Transformação    Estado 2
Processos

                 “Caminho” descrito pelo sistema na
                          transformação .
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    U1                                                   U2


    Processos                  Durante a transformação
Isotérmico         temperatura invariável
Isobárico          Pressão invariável
Isovolumétrico     volume constante
Adiabático         É nula a troca de calor com a vizinhança.
Agora sim podemos definir o enunciado da 1ª Lei
 da Termodinâmica...
 A energia não se ganha nem se perde, mas
 pode transferir-se de um sistema para outro –
 Lei da Conservação da Energia

 A energia Interna, é uma propriedade
 intrínseca dos sistemas, ela está nos sistemas,
 mas o trabalho (W), o calor (Q), e a radiação
 (R), não são propriedades do sistemas, apenas
 podem ser trocados para dentro e fora do
 sistema.
 Em todos os processos que ocorrem na
 Natureza há conservação de energia;

 A energia transfere-se e transforma-se noutra
 forma diferente, mas a energia total de um
 sistema isolado conserva-se;

 As transferências de energia podem traduzir-se
 em variações de energia interna dos sistemas -
 ∆Ei.;

 A variação da energia interna do sistema é
 consequência do balanço energético entre
 calor, trabalho e radiação.
Para qualquer processo termodinâmico em que:
 Se transfere calor para o sistema; há realização
 de trabalho sobre o sistema, e há radiação
 incidente.

 Assim a energia total para o sistema é igual à
 variação da sua energia interna – 1ª Lei da
 TERMODINÂMICA.
A variação da energia interna aumenta
A variação da energia interna diminui
Assim são feitas as seguintes considerações
 Em termodinâmica, a energia total de um sistema
 é a sua energia interna U.

 Quando o sistema muda de um estado com
 energia interna inicial Ui para um estado de
 energia Uf, ele sofre uma mudança de energia

                   ΔU = Uf - Ui
Da Lei da Conservação da Energia
Trabalho e Calor
Assim temos que:
 Agora alguns casos particulares da 1ª Lei da
 Termodinâmica.
Transformação isobárica
O que é pressão??
Transformação adiabática: Quando não há
transferências por meio de calor, assim Q=0
Transformação isotérmica
Compressão
Expansão
Transformação isocórica
Exercício
Suponha que 1,00 Kg de água a 100ºC é convertido
em vapor a 100ºC numa evaporação na pressão
atmosférica normal (que é 1,00 atm ou 1,01 x105 Pa)
conforme o arranjo da figura.

O volume da água varia de um estado inicial de 1,00
x10-3 m3 quando líquido para 1,671 m3 quando
vapor. Assim pergunta-se:
 Que trabalho é realizado pelo sistema?


 Quanta energia é transferida sob forma de calor
 durante o processo?

 Qual a variação da energia interna do sistema
 durante o processo?

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1 ¬ lei da termodinâmica

  • 2. Termodinâmica É a ciência que trata:  Do calor e do trabalho;  Das características dos sistemas e;  Das propriedades dos fluidos termodinâmicos
  • 3. Alguns ilustres pesquisadores que construiram a termodinâmica James Sadi Carnot Joule 1796 - 1832 1818 - 1889 Emile Claupeyron 1799 - 1864 Wiliam Thomson Rudolf Lord Kelvin Clausius 1824 - 1907 1822 - 1888
  • 4. Contribuição de James Joule 1839 Experimentos: trabalho mecânico, eletricidade e calor. 1840 Efeito Joule : Pot = RI2 Lei da 1843 Equivalente mecânico do calor Conservação James P. Joule ( 1 cal = 4,18 J) de (1818-1889) 1852 Efeito Joule-Thomson : decrescimo Energia da temperatura de um gás em função da expansão sem realização de trabalho externo. As contribuições de Joule e outros levaram ao surgimento de uma nova disciplina: 1a Lei a Termodinâmica da Termodinâmica
  • 5. Para entender melhor a 1ª Lei da Termodinâmica é preciso compreender as características dos sistemas termodinâmicos e os “caminhos” percorridos pelo calor
  • 6. Sistema Termodinâmico Certa massa delimitada por uma fronteira. Sistema fechado Sistema que não troca massa com a Vizinhança do sistema. vizinhança, mas permite passagem de calor e trabalho por sua fronteira. O que fica fora da fronteira Sistema isolado Sistema que não troca energia nem massa com a sua vizinhança.
  • 7. Transformação Variáveis de Variáveis de estado estado P1 P2 V1 V2 T1 T2 U1 U2 Estado 1 Transformação Estado 2
  • 8. Processos “Caminho” descrito pelo sistema na transformação . P1 P2 V1 V2 T1 T2 U1 U2 Processos Durante a transformação Isotérmico temperatura invariável Isobárico Pressão invariável Isovolumétrico volume constante Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.
  • 9. Agora sim podemos definir o enunciado da 1ª Lei da Termodinâmica...
  • 10.  A energia não se ganha nem se perde, mas pode transferir-se de um sistema para outro – Lei da Conservação da Energia  A energia Interna, é uma propriedade intrínseca dos sistemas, ela está nos sistemas, mas o trabalho (W), o calor (Q), e a radiação (R), não são propriedades do sistemas, apenas podem ser trocados para dentro e fora do sistema.
  • 11.  Em todos os processos que ocorrem na Natureza há conservação de energia;  A energia transfere-se e transforma-se noutra forma diferente, mas a energia total de um sistema isolado conserva-se;  As transferências de energia podem traduzir-se em variações de energia interna dos sistemas - ∆Ei.;  A variação da energia interna do sistema é consequência do balanço energético entre calor, trabalho e radiação.
  • 12. Para qualquer processo termodinâmico em que:  Se transfere calor para o sistema; há realização de trabalho sobre o sistema, e há radiação incidente.  Assim a energia total para o sistema é igual à variação da sua energia interna – 1ª Lei da TERMODINÂMICA.
  • 13. A variação da energia interna aumenta
  • 14. A variação da energia interna diminui
  • 15. Assim são feitas as seguintes considerações
  • 16.  Em termodinâmica, a energia total de um sistema é a sua energia interna U.  Quando o sistema muda de um estado com energia interna inicial Ui para um estado de energia Uf, ele sofre uma mudança de energia ΔU = Uf - Ui
  • 17.
  • 18. Da Lei da Conservação da Energia
  • 21.
  • 22.  Agora alguns casos particulares da 1ª Lei da Termodinâmica.
  • 23.
  • 25. O que é pressão??
  • 26.
  • 27.
  • 28. Transformação adiabática: Quando não há transferências por meio de calor, assim Q=0
  • 29.
  • 34. Exercício Suponha que 1,00 Kg de água a 100ºC é convertido em vapor a 100ºC numa evaporação na pressão atmosférica normal (que é 1,00 atm ou 1,01 x105 Pa) conforme o arranjo da figura. O volume da água varia de um estado inicial de 1,00 x10-3 m3 quando líquido para 1,671 m3 quando vapor. Assim pergunta-se:
  • 35.  Que trabalho é realizado pelo sistema?  Quanta energia é transferida sob forma de calor durante o processo?  Qual a variação da energia interna do sistema durante o processo?