Este documento discute a Primeira Lei da Termodinâmica, que estabelece a conservação da energia. Ele explica conceitos-chave como calor, temperatura e diferentes formas de energia, e descreve como a Primeira Lei se aplica a transformações gasosas. O documento também fornece um breve histórico do desenvolvimento da Termodinâmica.
O documento explica a Segunda Lei da Termodinâmica, que afirma que a quantidade de trabalho útil que pode ser obtido de energia no universo está diminuindo constantemente à medida que o universo tende ao equilíbrio térmico. Discute como máquinas térmicas como motores a vapor e de explosão funcionam de acordo com essa lei, transformando apenas parte da energia térmica em trabalho mecânico.
01 conceitos básicos 01 pe180 n - termodinâmica (1)Juan Castro
[1] O documento apresenta os fundamentos da termodinâmica clássica, incluindo as leis da termodinâmica, transferência de calor e sistemas termodinâmicos. [2] Aborda conceitos como energia, temperatura, entropia, trabalho, calor e os três tipos de sistemas: fechado, aberto e isolado. [3] Tem como objetivo fornecer uma introdução básica aos principais tópicos da termodinâmica.
1. A termodinâmica surgiu no século XVIII com o desenvolvimento das primeiras máquinas a vapor na Inglaterra, mas seus princípios existem desde a criação do universo.
2. As primeiras e segunda leis da termodinâmica foram formuladas em 1850 por William Rankine, Rudolph Clausius e Lord Kelvin, marcando o início desta ciência.
3. A termodinâmica estuda as transformações da energia e suas relações com as propriedades da matéria, sendo aplicada em diversas áreas
Calor sensível, capacidade térmica e calor específicoPaulo Alexandre
Este documento discute conceitos fundamentais de calor sensível, capacidade térmica e calor específico. Explica que o calor é energia térmica em movimento e que sempre flui do corpo mais quente para o mais frio. Também apresenta a história do físico Joseph Black, considerado pioneiro na distinção entre calor e temperatura, e introdução dos conceitos de calor específico e calor latente. Por fim, fornece exemplos e equações para calcular capacidade térmica e calor específico.
Este documento apresenta os conceitos básicos da hidrostática, que estuda os fluidos em equilíbrio. Os principais conceitos apresentados são: fluido, massa específica, densidade, pressão, pressão hidrostática, pressão absoluta. O documento estrutura a matéria em 4 blocos, abordando os teoremas de Stevin, Pascal e Arquimedes.
O documento discute os conceitos de calor sensível e calor latente, definindo-os como a mudança de temperatura ou estado físico de um corpo, respectivamente. Apresenta fórmulas para quantificar cada tipo de calor e exemplos de cálculos envolvendo calor específico, capacidade térmica e curvas de aquecimento.
Este documento discute a teoria cinética dos gases. Explica que os gases são formados por moléculas com grande liberdade de movimento que colidem elasticamente. Apresenta as leis de Boyle, Charles e Gay-Lussac, que descrevem a relação entre pressão, volume e temperatura em gases ideais. Por fim, introduz a equação dos gases ideais relacionando essas variáveis à quantidade de gás e à constante dos gases ideais R.
A 1a Lei da Termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema é igual à soma da quantidade de calor transferida para o sistema mais o trabalho realizado sobre o sistema. A energia total se conserva nos processos termodinâmicos, embora possa se transformar entre diferentes formas.
O documento explica a Segunda Lei da Termodinâmica, que afirma que a quantidade de trabalho útil que pode ser obtido de energia no universo está diminuindo constantemente à medida que o universo tende ao equilíbrio térmico. Discute como máquinas térmicas como motores a vapor e de explosão funcionam de acordo com essa lei, transformando apenas parte da energia térmica em trabalho mecânico.
01 conceitos básicos 01 pe180 n - termodinâmica (1)Juan Castro
[1] O documento apresenta os fundamentos da termodinâmica clássica, incluindo as leis da termodinâmica, transferência de calor e sistemas termodinâmicos. [2] Aborda conceitos como energia, temperatura, entropia, trabalho, calor e os três tipos de sistemas: fechado, aberto e isolado. [3] Tem como objetivo fornecer uma introdução básica aos principais tópicos da termodinâmica.
1. A termodinâmica surgiu no século XVIII com o desenvolvimento das primeiras máquinas a vapor na Inglaterra, mas seus princípios existem desde a criação do universo.
2. As primeiras e segunda leis da termodinâmica foram formuladas em 1850 por William Rankine, Rudolph Clausius e Lord Kelvin, marcando o início desta ciência.
3. A termodinâmica estuda as transformações da energia e suas relações com as propriedades da matéria, sendo aplicada em diversas áreas
Calor sensível, capacidade térmica e calor específicoPaulo Alexandre
Este documento discute conceitos fundamentais de calor sensível, capacidade térmica e calor específico. Explica que o calor é energia térmica em movimento e que sempre flui do corpo mais quente para o mais frio. Também apresenta a história do físico Joseph Black, considerado pioneiro na distinção entre calor e temperatura, e introdução dos conceitos de calor específico e calor latente. Por fim, fornece exemplos e equações para calcular capacidade térmica e calor específico.
Este documento apresenta os conceitos básicos da hidrostática, que estuda os fluidos em equilíbrio. Os principais conceitos apresentados são: fluido, massa específica, densidade, pressão, pressão hidrostática, pressão absoluta. O documento estrutura a matéria em 4 blocos, abordando os teoremas de Stevin, Pascal e Arquimedes.
O documento discute os conceitos de calor sensível e calor latente, definindo-os como a mudança de temperatura ou estado físico de um corpo, respectivamente. Apresenta fórmulas para quantificar cada tipo de calor e exemplos de cálculos envolvendo calor específico, capacidade térmica e curvas de aquecimento.
Este documento discute a teoria cinética dos gases. Explica que os gases são formados por moléculas com grande liberdade de movimento que colidem elasticamente. Apresenta as leis de Boyle, Charles e Gay-Lussac, que descrevem a relação entre pressão, volume e temperatura em gases ideais. Por fim, introduz a equação dos gases ideais relacionando essas variáveis à quantidade de gás e à constante dos gases ideais R.
A 1a Lei da Termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema é igual à soma da quantidade de calor transferida para o sistema mais o trabalho realizado sobre o sistema. A energia total se conserva nos processos termodinâmicos, embora possa se transformar entre diferentes formas.
O documento discute a dilatação térmica de sólidos. Explica que quando os sólidos são aquecidos, suas partículas vibram mais, causando dilatação. A dilatação ocorre nas dimensões de comprimento, largura e altura, sendo medidas pelos coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrica, respectivamente. Fornece exemplos dos coeficientes para diferentes materiais.
1) O documento discute a Lei Geral dos Gases, apresentando experimentos históricos e equações que descrevem o comportamento dos gases.
2) Foi estabelecida a Lei de Boyle-Mariotte que relaciona inversamente a pressão e o volume de um gás a temperatura constante. A Lei de Charles e Gay-Lussac relaciona diretamente a pressão e o volume de um gás com a temperatura.
3) A combinação dessas leis resultou na Lei Geral dos Gases, expressa pela equação PV=nRT, onde
Slides da aula de Química (Manoel) sobre SoluçõesTurma Olímpica
1) O documento descreve diferentes tipos de misturas e soluções, incluindo misturas homogêneas, heterogêneas, dispersões, soluções e os termos associados como solvente, soluto e coeficiente de solubilidade.
2) São apresentados exemplos de como calcular a quantidade máxima de um soluto que pode se dissolver em um solvente usando o coeficiente de solubilidade.
3) São definidos os tipos de soluções como insaturada, saturada e supersaturada em relação à quantidade de soluto dissolvido.
1) O documento discute o fenômeno da dilatação térmica em sólidos, explicando como o aumento da temperatura causa a expansão das dimensões de um corpo em uma, duas ou três dimensões. 2) Apresenta as equações que descrevem a dilatação linear, superficial e volumétrica em função do comprimento/área/volume inicial, variação de temperatura e coeficiente de dilatação. 3) Aplica essas equações para calcular a dilatação em três exemplos numéricos.
1. A termodinâmica estuda as transformações entre calor e trabalho. Os conceitos-chave incluem calor, trabalho e sistema.
2. Existem diferentes tipos de sistemas de acordo com as trocas de calor, como sistemas isolados, fechados, abertos e adiabáticos.
3. A energia interna de um gás ideal depende exclusivamente de sua temperatura e é função do número de mols, da constante universal dos gases e da temperatura absoluta.
O documento discute conceitos de física como densidade, pressão, hidrostática e atmosférica. Explica que a pressão de um líquido depende da profundidade e pode ser medida por colunas de mercúrio ou água. Também aborda o funcionamento de bombas de sucção e sifões devido à diferença de pressão hidrostática.
Este documento fornece um resumo da história do desenvolvimento das máquinas a vapor, começando com descrições antigas na Grécia e no Império Romano, e depois descrevendo inventos-chave como a Eolípila de Heron de Alexandria e máquinas posteriores desenvolvidas por Savery, Newcomen, Watt, Carnot e outros, culminando na locomotiva a vapor e no motor de combustão interna.
O documento resume a Segunda Lei da Termodinâmica. A lei estabelece que (1) não é possível converter todo o calor em trabalho sem perdas para uma fonte fria, e (2) para haver fluxo de energia e trabalho, deve haver um desequilíbrio térmico entre fontes quente e fria. O rendimento máximo de qualquer máquina térmica é dado pela fórmula de Sadi Carnot e nunca pode ser 100% devido a essas perdas inevitáveis.
1) O documento discute as propriedades e leis dos gases, comparando vapor e gás e explicando a diferença entre eles.
2) São apresentadas as leis dos gases de Boyle, Charles e Gay-Lussac, assim como a teoria cinética dos gases e a equação de estado de Van der Waals.
3) A hipótese de Avogadro e a equação de Clapeyron também são abordadas, relacionando volume, número de moléculas e pressão em gases ideais.
O documento discute a termodinâmica e as leis da termodinâmica. A primeira lei afirma a conservação de energia, enquanto a segunda lei diz que a parcela de energia disponível para trabalho torna-se menor a cada transformação, à medida que parte da energia se converte em calor dissipado. Máquinas térmicas podem transformar calor em trabalho, porém nunca de forma integral devido à segunda lei.
O documento discute os conceitos de temperatura e as diferentes escalas termométricas. Ele define temperatura como a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo e explica que quanto maior a agitação molecular, mais quente o corpo. Descreve as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, definindo seus pontos de referência e como converter entre elas usando fórmulas de proporcionalidade.
1) A dilatação térmica ocorre quando os corpos aquecem ou esfriam, fazendo com que suas moléculas agitem-se mais ou menos e alterando suas dimensões.
2) Existem três tipos principais de dilatação: linear, que ocorre em uma dimensão; superficial, em duas dimensões; e volumétrica, em três dimensões.
3) As fórmulas para calcular cada tipo de dilatação envolvem variáveis como o tamanho inicial, variação de temperatura e coeficientes de dilatação.
O documento discute máquinas térmicas e como elas transformam energia de uma forma para outra. Exemplos incluem usinas termelétricas que transformam energia química em energia elétrica através de caldeiras, turbinas e geradores, e motores a vapor e de combustão interna que transformam energia térmica em energia mecânica para mover veículos. O documento também explica como geladeiras funcionam transferindo calor do interior para o exterior.
O documento resume as principais leis e conceitos da teoria cinética dos gases, incluindo a lei de Boyle-Mariotte, as leis de Charles e Gay-Lussac, a hipótese de Avogadro e a equação de estado dos gases ideais. Explica como pressão, volume e temperatura se relacionam para gases em diferentes transformações de estado.
O documento discute os principais tópicos sobre transferência de calor, incluindo: 1) as três formas de transferência de calor - condução, convecção e irradiação; 2) a quantidade de calor medida em joules e calorias; e 3) propriedades térmicas como calor específico e calor latente.
1) O documento descreve a história e o funcionamento das máquinas térmicas, desde a invenção por Heron no século I d.C. até os modelos modernos.
2) James Watt apresentou um novo modelo de máquina a vapor em 1770 que teve grande impacto na Revolução Industrial.
3) As máquinas térmicas precisam operar entre duas fontes de temperatura diferentes, absorvendo calor da fonte quente e descartando na fria, conforme estabeleceu Sadi Carnot.
Este documento apresenta conceitos básicos de termodinâmica em uma aula introdutória. Apresenta o professor e como acessar seu canal, define termodinâmica como o estudo da energia em movimento. Explica os conceitos fundamentais de sistema termodinâmico, aberto, fechado, isolado, estado, processo e tipos de processos.
O documento discute propriedades e mudanças de estado da matéria, incluindo pontos de fusão e ebulição. Também cobre métodos para separar misturas, como destilação, filtração e decantação.
O documento discute os estados físicos da matéria e as mudanças entre eles. Apresenta exemplos como:
1) O gelo derrete e se torna água líquida quando aquecido até 0°C.
2) A água ferve e se torna vapor quando aquecida até 100°C.
3) As substâncias podem existir nos estados sólido, líquido ou gasoso dependendo da temperatura.
O documento discute conceitos fundamentais de calorimetria e transferência de calor. Explica que a temperatura de um corpo reflete a energia cinética de suas partículas e que quantidades maiores de matéria requerem mais energia para alterar sua temperatura. Também descreve os mecanismos de condução, convecção e radiação na transferência de calor entre sistemas.
FíSica Aula 4 Primeira Lei Da TermodinâMicaeducacao f
A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia total de um sistema é conservada durante qualquer processo. Foi formulada no século XIX com base no princípio da conservação da energia. Ela relaciona a variação na energia interna de um sistema com o calor transferido e o trabalho realizado.
O documento discute a primeira lei da termodinâmica. Explica que a primeira lei corresponde ao princípio da conservação de energia e que a energia recebida ou cedida em forma de calor (Q) resulta em trabalho realizado (δ) e variação da energia interna (∆U) de um sistema. Apresenta exemplos de transformações termodinâmicas como isovolumétrica, isotérmica e adiabática.
O documento discute a dilatação térmica de sólidos. Explica que quando os sólidos são aquecidos, suas partículas vibram mais, causando dilatação. A dilatação ocorre nas dimensões de comprimento, largura e altura, sendo medidas pelos coeficientes de dilatação linear, superficial e volumétrica, respectivamente. Fornece exemplos dos coeficientes para diferentes materiais.
1) O documento discute a Lei Geral dos Gases, apresentando experimentos históricos e equações que descrevem o comportamento dos gases.
2) Foi estabelecida a Lei de Boyle-Mariotte que relaciona inversamente a pressão e o volume de um gás a temperatura constante. A Lei de Charles e Gay-Lussac relaciona diretamente a pressão e o volume de um gás com a temperatura.
3) A combinação dessas leis resultou na Lei Geral dos Gases, expressa pela equação PV=nRT, onde
Slides da aula de Química (Manoel) sobre SoluçõesTurma Olímpica
1) O documento descreve diferentes tipos de misturas e soluções, incluindo misturas homogêneas, heterogêneas, dispersões, soluções e os termos associados como solvente, soluto e coeficiente de solubilidade.
2) São apresentados exemplos de como calcular a quantidade máxima de um soluto que pode se dissolver em um solvente usando o coeficiente de solubilidade.
3) São definidos os tipos de soluções como insaturada, saturada e supersaturada em relação à quantidade de soluto dissolvido.
1) O documento discute o fenômeno da dilatação térmica em sólidos, explicando como o aumento da temperatura causa a expansão das dimensões de um corpo em uma, duas ou três dimensões. 2) Apresenta as equações que descrevem a dilatação linear, superficial e volumétrica em função do comprimento/área/volume inicial, variação de temperatura e coeficiente de dilatação. 3) Aplica essas equações para calcular a dilatação em três exemplos numéricos.
1. A termodinâmica estuda as transformações entre calor e trabalho. Os conceitos-chave incluem calor, trabalho e sistema.
2. Existem diferentes tipos de sistemas de acordo com as trocas de calor, como sistemas isolados, fechados, abertos e adiabáticos.
3. A energia interna de um gás ideal depende exclusivamente de sua temperatura e é função do número de mols, da constante universal dos gases e da temperatura absoluta.
O documento discute conceitos de física como densidade, pressão, hidrostática e atmosférica. Explica que a pressão de um líquido depende da profundidade e pode ser medida por colunas de mercúrio ou água. Também aborda o funcionamento de bombas de sucção e sifões devido à diferença de pressão hidrostática.
Este documento fornece um resumo da história do desenvolvimento das máquinas a vapor, começando com descrições antigas na Grécia e no Império Romano, e depois descrevendo inventos-chave como a Eolípila de Heron de Alexandria e máquinas posteriores desenvolvidas por Savery, Newcomen, Watt, Carnot e outros, culminando na locomotiva a vapor e no motor de combustão interna.
O documento resume a Segunda Lei da Termodinâmica. A lei estabelece que (1) não é possível converter todo o calor em trabalho sem perdas para uma fonte fria, e (2) para haver fluxo de energia e trabalho, deve haver um desequilíbrio térmico entre fontes quente e fria. O rendimento máximo de qualquer máquina térmica é dado pela fórmula de Sadi Carnot e nunca pode ser 100% devido a essas perdas inevitáveis.
1) O documento discute as propriedades e leis dos gases, comparando vapor e gás e explicando a diferença entre eles.
2) São apresentadas as leis dos gases de Boyle, Charles e Gay-Lussac, assim como a teoria cinética dos gases e a equação de estado de Van der Waals.
3) A hipótese de Avogadro e a equação de Clapeyron também são abordadas, relacionando volume, número de moléculas e pressão em gases ideais.
O documento discute a termodinâmica e as leis da termodinâmica. A primeira lei afirma a conservação de energia, enquanto a segunda lei diz que a parcela de energia disponível para trabalho torna-se menor a cada transformação, à medida que parte da energia se converte em calor dissipado. Máquinas térmicas podem transformar calor em trabalho, porém nunca de forma integral devido à segunda lei.
O documento discute os conceitos de temperatura e as diferentes escalas termométricas. Ele define temperatura como a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo e explica que quanto maior a agitação molecular, mais quente o corpo. Descreve as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, definindo seus pontos de referência e como converter entre elas usando fórmulas de proporcionalidade.
1) A dilatação térmica ocorre quando os corpos aquecem ou esfriam, fazendo com que suas moléculas agitem-se mais ou menos e alterando suas dimensões.
2) Existem três tipos principais de dilatação: linear, que ocorre em uma dimensão; superficial, em duas dimensões; e volumétrica, em três dimensões.
3) As fórmulas para calcular cada tipo de dilatação envolvem variáveis como o tamanho inicial, variação de temperatura e coeficientes de dilatação.
O documento discute máquinas térmicas e como elas transformam energia de uma forma para outra. Exemplos incluem usinas termelétricas que transformam energia química em energia elétrica através de caldeiras, turbinas e geradores, e motores a vapor e de combustão interna que transformam energia térmica em energia mecânica para mover veículos. O documento também explica como geladeiras funcionam transferindo calor do interior para o exterior.
O documento resume as principais leis e conceitos da teoria cinética dos gases, incluindo a lei de Boyle-Mariotte, as leis de Charles e Gay-Lussac, a hipótese de Avogadro e a equação de estado dos gases ideais. Explica como pressão, volume e temperatura se relacionam para gases em diferentes transformações de estado.
O documento discute os principais tópicos sobre transferência de calor, incluindo: 1) as três formas de transferência de calor - condução, convecção e irradiação; 2) a quantidade de calor medida em joules e calorias; e 3) propriedades térmicas como calor específico e calor latente.
1) O documento descreve a história e o funcionamento das máquinas térmicas, desde a invenção por Heron no século I d.C. até os modelos modernos.
2) James Watt apresentou um novo modelo de máquina a vapor em 1770 que teve grande impacto na Revolução Industrial.
3) As máquinas térmicas precisam operar entre duas fontes de temperatura diferentes, absorvendo calor da fonte quente e descartando na fria, conforme estabeleceu Sadi Carnot.
Este documento apresenta conceitos básicos de termodinâmica em uma aula introdutória. Apresenta o professor e como acessar seu canal, define termodinâmica como o estudo da energia em movimento. Explica os conceitos fundamentais de sistema termodinâmico, aberto, fechado, isolado, estado, processo e tipos de processos.
O documento discute propriedades e mudanças de estado da matéria, incluindo pontos de fusão e ebulição. Também cobre métodos para separar misturas, como destilação, filtração e decantação.
O documento discute os estados físicos da matéria e as mudanças entre eles. Apresenta exemplos como:
1) O gelo derrete e se torna água líquida quando aquecido até 0°C.
2) A água ferve e se torna vapor quando aquecida até 100°C.
3) As substâncias podem existir nos estados sólido, líquido ou gasoso dependendo da temperatura.
O documento discute conceitos fundamentais de calorimetria e transferência de calor. Explica que a temperatura de um corpo reflete a energia cinética de suas partículas e que quantidades maiores de matéria requerem mais energia para alterar sua temperatura. Também descreve os mecanismos de condução, convecção e radiação na transferência de calor entre sistemas.
FíSica Aula 4 Primeira Lei Da TermodinâMicaeducacao f
A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia total de um sistema é conservada durante qualquer processo. Foi formulada no século XIX com base no princípio da conservação da energia. Ela relaciona a variação na energia interna de um sistema com o calor transferido e o trabalho realizado.
O documento discute a primeira lei da termodinâmica. Explica que a primeira lei corresponde ao princípio da conservação de energia e que a energia recebida ou cedida em forma de calor (Q) resulta em trabalho realizado (δ) e variação da energia interna (∆U) de um sistema. Apresenta exemplos de transformações termodinâmicas como isovolumétrica, isotérmica e adiabática.
Este documento apresenta os conceitos fundamentais da 1a Lei da Termodinâmica e suas aplicações às transformações gasosas. Explica-se que a variação da energia interna de um gás (ΔU) é igual à quantidade de calor (Q) recebida menos o trabalho (τ) realizado. São descritas as transformações isobárica, isotérmica, isovolumétrica e adiabática, relacionando-as a ΔU, Q e τ.
O documento discute os conceitos fundamentais da termometria e das escalas termométricas. Em três frases:
1) A termometria estuda as maneiras de medir a temperatura e as relações entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
2) Os termômetros medem a temperatura usando como pontos fixos o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água.
3) Cada escala tem valores diferentes para esses pontos fixos, mas as temperaturas podem ser convertidas entre as escalas usando fórmulas apro
1. A temperatura mede o estado de agitação térmica das partículas que constituem um corpo.
2. Os pontos fixos mais utilizados para construir escalas de temperatura são o ponto do gelo e o ponto do vapor.
3. Nas escalas Celsius e Fahrenheit, o ponto do gelo é 0°C e 32°F, e o ponto do vapor é 100°C e 212°F.
O documento discute a função s = 3t2 + 2t e pede para completar uma tabela com os valores de s para diferentes valores de t. Também apresenta uma equação para calcular a área da superfície corporal de uma pessoa e pede para identificar qual o valor correto dessa área para uma pessoa específica.
O documento apresenta 7 questões sobre termometria e escalas termométricas. As questões abordam a conversão entre escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit; a relação entre temperatura e estado físico de substâncias; e o desenvolvimento histórico das escalas termométricas.
O documento discute a segunda lei da termodinâmica, explicando que: (1) os fenômenos naturais são irreversíveis, (2) a entropia do universo sempre aumenta em processos espontâneos, (3) nenhuma máquina térmica pode converter completamente o calor em trabalho.
1) O documento discute a primeira lei da termodinâmica e suas aplicações.
2) A primeira lei da termodinâmica corresponde ao princípio da conservação de energia, onde a variação na energia de um sistema é igual à quantidade de calor transferido mais o trabalho realizado.
3) Exemplos históricos e experimentais ilustram como a energia se conserva nas transformações termodinâmicas através da conversão entre calor, trabalho e variação de energia interna.
1) O documento discute o desenvolvimento da física no século XX, desde a visão de que a física estava completa até o surgimento da física quântica.
2) Planck explicou a radiação do corpo negro considerando a quantização da energia em "fótons", marcando a divisão entre a física clássica e quântica.
3) A explicação de Einstein para o efeito fotoelétrico apoiou a natureza de partícula da luz, enquanto outros fenômenos mostraram sua natureza
O documento discute a evolução histórica da teoria atômica, desde as concepções filosóficas dos pré-socráticos sobre a matéria primordial até o desenvolvimento dos primeiros modelos atômicos no século XIX. Aborda as ideias de filósofos como Leucipo, Demócrito e Epicuro sobre os átomos e o pensamento contrário de Aristóteles. Também descreve como Boyle, Newton e Dalton contribuíram para o estabelecimento da teoria moderna, culminando nos modelos propostos por Thomson e a descoberta
A história da radioatividade começou em 1896 quando Henri Becquerel descobriu que o urânio emitia uma radiação penetrante. Entre 1898-1903, Marie Curie, G.C. Schmidt e outros isolaram outros elementos radioativos como o tório e identificaram três tipos de radiação: alfa, beta e gama. Irène Curie e Frédéric Joliot descobriram a radioatividade artificial em 1934 através do bombardeamento de núcleos com partículas.
1. O documento apresenta os principais conceitos da termologia, que é o estudo do calor. Apresenta definições de temperatura, escalas termométricas e tipos de termômetros.
2. Aborda os conceitos de expansão térmica de sólidos e líquidos, calorimetria, que estuda a transferência e medição de calor, e mudanças de estado da matéria, como fusão, vaporização e influência da pressão.
3. Explica os processos de aquecimento e arrefecimento dos corpos em detal
No final do século XIX, a física tinha avançado significativamente em áreas como mecânica, óptica, termodinâmica e eletromagnetismo. No entanto, descobertas experimentais como raios X, radioatividade e elétrons criaram novos problemas para a física explicar, como a natureza da luz e matéria e suas interações. A teoria quântica começou a se desenvolver para resolver esses problemas no início do século XX.
Calorimetria estuda as trocas de energia entre corpos na forma de calor. As partículas que constituem os corpos possuem energia térmica devido à agitação. Calor é transferido espontaneamente do corpo mais quente para o mais frio até o equilíbrio. Capacidade térmica e calor específico medem a quantidade de calor necessária para alterar a temperatura de um corpo.
O documento discute os conceitos fundamentais de calorimetria, incluindo: (1) calor sensível, que é a quantidade de calor que altera apenas a temperatura de um corpo; (2) calor latente, que é a quantidade de calor associada à mudança de estado de um corpo; e (3) as diferentes formas de transferência de calor, como condução, convecção e irradiação.
O documento descreve o estado da física no final do século XIX, quando modelos como a mecânica newtoniana entraram em crise devido a novos fenômenos inexplicáveis, como raios X e radioatividade. Apesar de grandes avanços, problemas como a natureza dos átomos e a interação entre matéria e radiação permaneciam sem solução. Isso levou ao surgimento da teoria quântica no início do século XX.
Este documento resume três tópicos principais sobre ondas sonoras: 1) classifica as ondas sonoras de acordo com sua frequência em infrassom, som audível e ultrassom e descreve suas aplicações médicas; 2) explica que a velocidade do som depende das propriedades do meio de propagação; 3) introduz os conceitos de interferência sonora, intensidade de onda e escala de decibéis.
O documento discute conceitos fundamentais de calorimetria e trocas de calor, incluindo:
1) Calor é energia transferida devido à diferença de temperatura entre corpos;
2) A capacidade térmica indica a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo, enquanto o calor específico leva em conta também a massa do corpo;
3) Existem calores sensível, latente e de mudança de estado, necessários para processos como fusão, vaporização e liquefação.
O documento descreve os principais ramos da Física, incluindo Mecânica, Calor, Ótica, Movimento Ondulatório, Eletricidade e Magnetismo e Física Contemporânea. Cada ramo estuda diferentes fenômenos relacionados ao movimento de corpos, temperatura, luz, ondas, eletricidade e estrutura atômica.
O documento apresenta uma breve história da máquina a vapor, desde os primeiros experimentos com a expansão do vapor d'água na Antiguidade até o desenvolvimento dos motores a vapor e a combustão interna nos séculos XVIII e XIX. Detalha inventores como Heron de Alexandria, que construiu a primeira máquina a vapor conhecida, a Eolípila, e Thomas Newcomen e James Watt, que melhoraram o projeto inicial da máquina a vapor. Também aborda o estudo de Carnot sobre o rendimento das máquinas térmicas
Trabalho final a evolucao da maquina a vaporleandromuniz
O documento descreve a evolução da máquina a vapor e da propulsão de embarcações desde a Antiguidade até o início do século XX. Detalha as primeiras máquinas movidas a vapor no século XVII e XVIII e o desenvolvimento de navios movidos a vapor no final do século XVIII e início do XIX, culminando na era dos transatlânticos no início do século XX.
O documento apresenta uma introdução ao curso de engenharia mecânica, abordando a história da engenharia desde as primeiras ferramentas produzidas pelo homem até o surgimento da engenharia moderna. Apresenta marcos históricos importantes para o desenvolvimento da engenharia e da ciência. Resume também o início da engenharia no Brasil e conceito de engenharia.
O documento discute a origem da termodinâmica no contexto da Revolução Industrial no século XVIII. As máquinas térmicas ganharam destaque durante este período, impulsionando o sistema de produção capitalista. Engenheiros como Thomas Savery e James Watt melhoraram a tecnologia de motores a vapor, essencial para as fábricas e locomotivas da época. Estas inovações técnicas foram fundamentais para o desenvolvimento da termodinâmica como ramo da física.
1) A Primeira Revolução Industrial ocorreu na Inglaterra no final do século 18 e início do século 19, impulsionada pela máquina a vapor e locomotiva a vapor.
2) Essas invenções revolucionaram a produção e transporte, aumentando a produtividade e fazendo as cidades crescerem rapidamente.
3) A matemática foi essencial nesse período, auxiliando no estudo e aprimoramento de máquinas através de gráficos e porcentagens.
1) O documento discute ciclos termodinâmicos aplicados a máquinas térmicas, incluindo exemplos históricos como a máquina a vapor de Newcomen e o motor a vapor de Watt.
2) É introduzido o ciclo de Carnot, um ciclo teórico ideal que estabeleceu o limite máximo de eficiência para máquinas térmicas.
3) São descritos os ciclos Otto e Diesel, que modelam motores de combustão interna a gasolina e diesel respectivamente.
Este documento descreve os principais tipos de sistemas de ar condicionado, incluindo split, multi-split, VRV e chillers. Também fornece uma breve história do ar condicionado e descreve como funcionam os sistemas de refrigeração. O documento é aplicado a um caso prático de reabilitação de um anfiteatro.
O documento discute os geradores de vapor, também chamados de caldeiras. Primeiro, define o que são geradores de vapor e fornece uma breve história do vapor e do desenvolvimento das máquinas a vapor ao longo dos séculos. Em seguida, descreve os usos do vapor produzido e classifica os diferentes tipos de caldeiras.
O documento descreve a Revolução Industrial e o avanço científico entre os séculos XVII e XIX. As principais invenções, como a máquina a vapor e o motor de combustão interna, impulsionaram a industrialização e transformaram a sociedade e a economia. No entanto, o progresso técnico também trouxe riscos quando não acompanhado de um progresso ético equivalente, como demonstrado pelas guerras mundiais.
O documento discute a história da tecnologia e sua relação com a ciência e a sociedade. Aborda como a técnica evolui de forma não linear e é influenciada por novos conhecimentos. Também analisa a ligação entre técnica e sociedade e como a primeira se impôs em todas as esferas da vida social ao longo do século XX.
O documento descreve a história e o funcionamento das máquinas térmicas, incluindo que a primeira foi inventada por Heron no século I d.C., que as máquinas do século XVIII tinham baixo rendimento, e que a máquina a vapor de James Watt no século XVIII revolucionou a indústria.
One of the biggest fear of our days is the energy sources running out. The level of performance of Wind Power still didn't achieved an reliable level...
O documento descreve a Primeira Revolução Industrial na Inglaterra no final do século XVII, incluindo fatores que contribuíram para seu pioneirismo como abundância de matérias-primas e mão de obra barata. Detalha as invenções revolucionárias como o tear mecânico e as consequências, como degradação das condições de trabalho.
O documento apresenta uma linha do tempo de importantes contribuições para o desenvolvimento da Termodinâmica entre 1824-1930, incluindo descobertas de Carnot, Mayer, Joule, Clausius, Boltzmann e Nernst. As principais descobertas foram a formulação da primeira e segunda lei da termodinâmica, o conceito de entropia, e o estabelecimento do zero absoluto de temperatura.
O documento apresenta uma linha do tempo de importantes contribuições para o desenvolvimento da Termodinâmica entre 1824-1930, incluindo os trabalhos de Carnot, Mayer, Joule e Clausius. Resume as três leis da Termodinâmica e conceitos como equivalente mecânico do calor, conservação da energia e entropia.
1) O documento discute os conceitos fundamentais da termodinâmica, incluindo máquinas térmicas ideias e o ciclo de Carnot.
2) É mostrado que máquinas térmicas que violam a primeira ou segunda lei da termodinâmica são impossíveis.
3) O ciclo de Carnot é introduzido como o mais eficiente entre duas temperaturas fixas, e fórmulas para o rendimento de máquinas reversíveis são derivadas.
Inovações tecnológicas das revoluções industriais.pdfRAFAELASCARI1
O documento descreve as principais invenções e mudanças tecnológicas que levaram à Primeira e Segunda Revoluções Industriais, incluindo o desenvolvimento de máquinas de fiar e tecer no século 18 que aumentaram a produtividade da indústria têxtil inglesa, e inovações posteriores como a máquina a vapor que permitiu a mecanização de outros setores e a saída das fábricas dos vales.
O documento descreve dois estudos de caso: (1) o acidente nuclear de Chernobyl em 1986, considerado o maior acidente nuclear da história, e (2) o Tokamak, um reator experimental de fusão nuclear inventado na década de 1950 que usa um campo magnético para confinar plasma quente e gerar energia limpa através da fusão nuclear controlada.
Este livro aborda a importância da cooperação para a gestão sustentável da água. Contém ensaios sobre experiências de cooperação nacional e internacional, além de reflexões sobre a dimensão cultural e espiritual da água. O livro defende uma abordagem transdisciplinar para as questões hídricas.
O documento apresenta a Estratégia Brasileira para a Transformação Digital (E-Digital), com o objetivo de aproveitar o potencial das tecnologias digitais para aumentar a produtividade, competitividade e níveis de renda no Brasil de forma justa e inclusiva. A estratégia define eixos temáticos e ações para habilitar a infraestrutura digital, fomentar P&D, garantir confiança no ambiente digital, capacitar a população e promover a internacionalização das empresas brasileiras na economia digital.
1. A água subterrânea circula nos espaços vazios entre os grãos das rochas e solos, abaixo da superfície do solo.
2. Quando a água da chuva se infiltra no solo, passa pela zona não saturada onde há ar e água nos poros, e pela zona saturada onde os poros estão completamente preenchidos com água.
3. A água que circula na zona saturada é chamada de água subterrânea, que é armazenada nos aquíferos e representa uma importante reserva de água
O documento discute a informação quântica e o computador quântico. Ele explica como os computadores quânticos podem resolver problemas em segundos que levariam milhares de anos para computadores clássicos, devido às propriedades estranhas da mecânica quântica como superposição de estados. O documento também discute como o algoritmo de Shor pode quebrar códigos atualmente considerados invioláveis como o RSA.
O documento discute a teoria das supercordas, que busca unificar as quatro forças fundamentais através da existência de dimensões extras e partículas unidimensionais chamadas de cordas. A teoria propõe que as inconsistências entre a mecânica quântica e a relatividade geral podem ser resolvidas se considerarmos que o universo tem mais do que três dimensões espaciais, embora as demais dimensões sejam inobserváveis com a tecnologia atual.
O documento apresenta informações sobre o Sistema Solar e sua evolução ao longo do tempo. Aborda a classificação dos corpos celestes, a história da astronomia, a formação do Sistema Solar e as pesquisas realizadas no Brasil. Destaca que os estudos do Sistema Solar avançaram muito graças a missões espaciais e novos telescópios, e que continua a busca por vida em outros planetas e a compreensão dos processos de formação do Sistema Solar.
Este documento apresenta um folder publicado pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) sobre raios cósmicos. O folder celebra os 80 anos de César Lattes, responsável pela descoberta do méson pi, e discute as novidades na área de raios cósmicos, incluindo a construção de um grande observatório na Argentina com participação brasileira. O CBPF esteve envolvido na coordenação da implantação de detectores e na análise de dados do observatório.
1) O documento descreve a descoberta do núcleo atômico pelo físico Ernest Rutherford em 1911, após uma série de experimentos com partículas alfa.
2) Rutherford propôs que o átomo possui uma região central minúscula, carregada positivamente, onde está concentrada quase toda a massa do átomo, chamada de núcleo atômico.
3) Essa descoberta revolucionou a compreensão da estrutura atômica e abriu caminho para o estudo das partículas elementares da
Uma nova revolução tecnológica está em curso nas áreas da nanociência e nanotecnologia, que envolvem manipulação da matéria na escala atômica e molecular. Essas áreas têm vasta gama de aplicações potenciais e são consideradas estratégicas para o desenvolvimento do Brasil. O CBPF vem desenvolvendo pesquisas nessas áreas, incluindo nanoscopia, nanoímãs e sensores, e modelos biomiméticos de ossos e dentes.
Este documento apresenta um folder sobre informação quântica produzido pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas. O folder discute os avanços e promessas da computação quântica, criptografia quântica e outros fenômenos quânticos como condensados de Bose-Einstein e teletransporte. O objetivo é divulgar essas novidades da física quântica para o público em geral.
O documento discute 12 desafios da física para o século 21, incluindo: (1) a origem das massas das partículas elementares, (2) a busca pelo bóson de Higgs, (3) a unificação das quatro forças da natureza através da teoria das supercordas, e (4) a natureza da matéria escura e energia escura, que compõem 95% da massa do universo.
O documento descreve os meteoritos, mensageiros do espaço que caem na Terra. Apresenta três tipos de objetos: meteoróides no espaço, meteoros quando entram na atmosfera da Terra, e meteoritos que sobrevivem à queda. Detalha também a origem dos meteoritos em asteroides e cometas, além de fornecer informações sobre a distribuição e datação dos meteoritos encontrados.
O documento apresenta informações sobre o "Ano Mundial da Física - 2005", que celebrou os 100 anos da publicação de trabalhos revolucionários de Albert Einstein em 1905. Em apenas um ano, Einstein publicou artigos sobre a natureza corpuscular da luz, o efeito fotoelétrico, o movimento browniano e a equivalência entre massa e energia (E=mc2), que mudaram profundamente a física.
O documento descreve a história e os principais conceitos da cosmologia moderna em três frases:
1) A cosmologia se desenvolveu no século 20 com o avanço de novas técnicas de observação do universo e a teoria da relatividade de Einstein, que permitiram propor e testar modelos sobre a origem e evolução do cosmos.
2) O modelo do Big Bang, proposto por Lemaître e outros, sugere que o universo se originou a partir de uma singularidade há cerca de 13,7 bilhões de anos e desde então vem se
1) Buracos negros são regiões do espaço com gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar, tornando-os invisíveis. Eles podem ser identificados pela perturbação que causam no espaço-tempo ao seu redor.
2) No centro de um buraco negro há uma singularidade, um ponto de densidade infinita onde as leis da física falham. O tamanho do horizonte de eventos, fronteira a partir da qual nada escapa, depende da massa da singularidade.
3) Apesar de s
Este documento descreve os principais tópicos abordados no folder "Biofísica: Duas visões da vida" produzido pelo Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF). O texto discute conceitos como a ausência de um "élan vital" na vida, a importância da física para entender os processos biológicos em escala molecular, e como a termodinâmica e a entropia se relacionam com sistemas abertos como os seres vivos. Também aborda tópicos como as diferentes escalas estudadas
1. O documento apresenta os principais desafios da física para o século 21, abordando temas como a relatividade, partículas elementares, nanociência, sistemas complexos, raios cósmicos, cosmologia, informação quântica, neutrinos e biofísica.
2. São discutidos conceitos como a expansão do universo, a busca pela matéria escura, a construção do Modelo Padrão da física de partículas e as promessas da nanotecnologia e da computação quântica.
O documento discute a evolução da cosmologia como ciência, desde os primeiros modelos propostos por Einstein e Lemaitre até as descobertas mais recentes que deram suporte à teoria do Big Bang. Aborda conceitos como a expansão do universo observada por Hubble, a radiação cósmica de fundo e os três pilares que sustentam o modelo do Big Bang.
O documento discute os avanços da biofísica no estudo dos sistemas biológicos em diferentes escalas, desde a molecular até a cosmológica. A biofísica busca entender os processos físicos e químicos que governam as trocas dos sistemas biológicos com o meio externo por meio de técnicas que permitem examinar os sistemas na escala atômica e molecular. A vida é um fenômeno complexo que ocorre em sistemas abertos que mantêm trocas constantes de energia,
Em 1905, Albert Einstein, então com 26 anos, produziu cinco artigos revolucionários e uma tese de doutorado enquanto trabalhava como examinador técnico em Berna, Suíça. Esses trabalhos incluíram a explicação do efeito fotoelétrico com a introdução dos quanta de luz, a demonstração teórica do movimento browniano para provar a existência de átomos, e a formulação da teoria da relatividade restrita e da famosa equação E=mc2.
Atividade letra da música - Espalhe Amor, Anavitória.Mary Alvarenga
A música 'Espalhe Amor', interpretada pela cantora Anavitória é uma celebração do amor e de sua capacidade de transformar e conectar as pessoas. A letra sugere uma reflexão sobre como o amor, quando verdadeiramente compartilhado, pode ultrapassar barreiras alcançando outros corações e provocando mudanças positivas.
O Que é Um Ménage à Trois?
A sociedade contemporânea está passando por grandes mudanças comportamentais no âmbito da sexualidade humana, tendo inversão de valores indescritíveis, que assusta as famílias tradicionais instituídas na Palavra de Deus.
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A Primeira Lei a Termodinamica
1.
A Primeira Lei da Termodinâmica
Márcio Nasser Medina
Moisés André Nisenbaum
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2. . 1 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Resumo
A maioria das transformações químicas resulta em alterações de temperatura. Por isso a Termodinâmica
é uma ciência importante no mundo da química. Este trabalho é uma abordagem pedagógica da
Primeira Lei da Termodinâmica, que se faz de forma histórica e contextualizada. São apresentadas as
propriedades termodinâmicas e diversas formas de energia através de diversos exemplos, em especial,
das transformações gasosas.
Palavras-Chaves: Química; ciência; Lei da Termodinâmica; termômetros; calorimetria.
3. . 2 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Sumário
1. Introdução.........................................................................................................................4
2. Breve história da Termodinâmica....................................................................................4
3. A Termodinâmica está aí..................................................................................................6
4. Calor e Temperatura.........................................................................................................7
4.1 Os Termômetros e suas escalas................................................................................10
4.1.1 Mudanças de Estado...............................................................................................11
4.1.2 Construção da escala de termômetros usando dois pontos fixos..............................12
4.1.3 Escala Absoluta......................................................................................................14
4.2 Calorimetria – medição do calor..............................................................................17
5. A Conservação da Energia...............................................................................................21
6. A Primeira Lei da Termodinâmica...................................................................................23
7. Energia Interna (U), Quantidade de calor (Q) e Trabalho (W).......................................23
8. Primeira Lei da Termodinâmica aplicada aos gases.......................................................26
8.1 Introdução..................................................................................................................26
8.2 Estado termodinâmico e variáveis de estado.............................................................26
8.3 Transformações Termodinâmicas em gases ideais.....................................................28
8.3.1 Diagramas PxV........................................................................................................29
8.3.2 Transformação Adiabática.......................................................................................29
8.3.3 Transformação isovolumétrica.................................................................................30
8.3.4 Transformação isobárica..........................................................................................31
8.3.5 Transformação isotérmica......................................................................................33
8.3.6 Relação entre a energia interna e a temperatura em gases ideais.............................33
5. . 4 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
1 Introdução
Termodinâmica é a ciência que estuda as transformações de energia nas quais as variações de
temperatura são importantes. A maioria das transformações químicas resulta em alterações nas
temperaturas e, portanto os químicos sempre estiveram envolvidos no desenvolvimento da
Termodinâmica como ciência. Vamos neste texto mergulhar no mundo das diversas formas de energia
tais como cinética, potencial, térmica, mecânica, elétrica e ver como os conceitos e princípios da
Termodinâmica foram sendo desenvolvidos, ao longo dos séculos, por grandes cientistas que não só
perceberam a natureza, mas também procuraram atender a diversas necessidades da humanidade. A
Termodinâmica é essencialmente uma ciência experimental que só recebeu um formalismo teórico
muito tempo depois. O foco da presente exposição é a Primeira Lei da Termodinâmica, que trata da
conservação da energia.
2 Breve história da Termodinâmica
Das mais variadas transformações de energia, talvez a que mais fascinava os cientistas em meados do
século XIX era a possibilidade de converter calor em movimento através das Máquinas Térmicas. A base
do funcionamento das máquinas térmicas é simples: quando se aquece um gás, ele expande.
Possivelmente a primeira máquina térmica que se tem notícia foi uma máquina a vapor desenvolvida
por Herón de Alexandria, por volta do ano 50 d.C. Herón descobriu que ar se expandia no aquecimento
e poderia ser usado para produzir uma força mecânica e com isto, acionar diversos mecanismos (ele
conseguia abrir portas de templos “misteriosamente” a partir de fornos colocados nos altares. Os
trabalhos de Herón foram perdidos e só por volta de 1600, Giovanni della Porta os recuperou com
grande sucesso (mas mediante de ar por vapor). Leonardo da Vinci foi outro que usou vapor de água
para produzir movimentos.
Vários inventos importantes de da Vinci não foram executados por falta de equipamentos mecânicos
capazes de produzir trabalho. Afinal, a capacidade de trabalho de homens ou animais é bastante
limitada, lenta e irregular1
. Algo mais sistemático era necessário. A invenção da pólvora pelos chineses
foi absorvida e transformada em fonte de potência de armamentos pelos europeus. Uma arma é,
essencialmente, um motor que converte a força expansiva de uma explosão em movimento mecânico
(da bala). Devido às inerentes dificuldades do aproveitamento deste movimento, a pólvora não foi
usada, apesar de idéias de cientistas como Christiaan Huygens no século XVII.
1
Para se ter uma idéia desta limitação, considere o motor de um motor de um automóvel de pequeno porte com,
digamos, cerca de 60 cv de potência. Isto é equivalente aproximadamente ao trabalho de 420 homens! A máquina
voadora de Leonardo da Vinci poderia ter sido um sucesso se houvesse uma fonte de potência com 50 cv (cerca de 350
homens!).
6. . 5 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Por volta do ano de 1700, Thomas Savery produziu, com base nas propriedades do vapor d’água, uma
bomba para retirar a água das minas de carvão da Inglaterra, minimizando um dos grandes problemas
da época. O equipamento de Savery não era, rigorosamente falando, um motor, pois não possuía partes
móveis. Esse mérito teve o equipamento desenvolvido por Thomas Newcomen em 1705, no qual já se
observa a existência de um pistão móvel. Foi um grande sucesso comercial, embora as válvulas
devessem ser abertas e fechadas manualmente o tempo todo2
. Em 1763, o escocês James Watt, um
brilhante engenheiro, recebeu uma dessas máquinas para conserto e percebeu que havia um grande
desperdício de vapor (que custava dinheiro para ser produzido). Watt, trabalhando na Universidade de
Glasgow, teve a oportunidade de conhecer um cientista famoso, Joseph Black3
, que o ajudou a
entender as propriedades do vapor dágua. Os dois fizeram inúmeras alterações4
nos projetos anteriores
produzindo assim máquinas melhores, que foram usadas para acionar moinhos, movimentar trens,
teares (máquinas têxteis), além, é claro, de bombear água. O sucesso da primeira Revolução Industrial
na Grã-Bretanha se deve, em grande parte, ao uso dessas máquinas térmicas a vapor.
A busca pelo aperfeiçoamento das máquinas térmicas levou o cientista francês Sadi Carnot (1796-1832)
a desenvolver em 18245
toda uma teoria para explicar o rendimento, ou seja, o quanto de calor a
máquina transformava em trabalho. Foi um momento histórico. Antes disso, as tentativas de melhorar o
rendimento das máquinas eram na base da tentativa e do erro. O trabalho de Carnot teve como
fundamento o método científico. A partir das suas observações e nas de outros cientistas, Carnot criou
um modelo teórico para as máquinas térmicas e descobriu qual deveria ser a maneira mais eficiente de
transformar calor em movimento, e deu certo. A prática confirmou a teoria.
3 A Termodinâmica está aí
As máquinas térmicas são usadas eqüidistantes em nosso dia a dia. Pense nos diversos dispositivos que
convertem a energia gerada pela queima de combustíveis em energia mecânica como, por exemplo, os
motores de veículos. E a geladeira, que trabalha para inverter o sentido natural da troca calor. E ainda as
usinas termelétricas que consomem combustível para gerar eletricidade. Pense em outros exemplos!
2
A história conta que em 1713, um rapaz chamado Humphrey Potter, que foi contratado para fazer esse trabalho,
desenvolveu um sistema automatizado para aquele fim. O próprio movimento da máquina de Newcomen acionava as
válvulas. Infelizmente, os serviços profissionais do jovem Potter não foram mais necessários e ele perdeu o emprego. Ele
criou, o primeiro sistema automatizado de controle de processos.
3
Joseph Black descobriu, entre outras coisas, que um dado volume de água, a pressão atmosférica, produz cerca de 1600
volumes de vapor e é esta expansão que propicia a realização de trabalho útil.
4
Por exemplo, a condensação do vapor sendo feita em um recipiente separado, que poderia ser mantido em rarefação –
vácuo – permanentemente. Uma magnífica melhoria. A primeira patente foi em 1769.
5
Em seu livro de 65 páginas intitulado “Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à
développer cette puissance”.
7. . 6 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
As transformações de energia acontecem a todo tempo em toda parte. Veja a tabela abaixo com alguns
exemplos de conversão de “energia 1” em “energia 2” e tente completá-la:
Figura 1: Exemplos de conversão de “energia 1” em “energia 2
Os exemplos acima mostram que as diversas formas de energia podem ser convertidas umas nas outras
mediante o uso do equipamento ou processo adequado. Podemos, por exemplo, converter energia
potencial da água caindo em uma cachoeira em energia cinética de uma roda d’água, desta em energia
elétrica conectando a roda d’água a um gerador, análogo ao que ocorre nas centrais hidrelétricas.
Diversos cientistas, ao longo dos séculos, observaram essas transformações e efetuaram medições das
quantidades de energia envolvidas nelas. Até hoje, em todos os experimentos realizados, sempre a
energia se conservou. O princípio da conservação da energia é um dos mais sólidos da ciência e é
apresentado na Termodinâmica por meio da Primeira Lei da Termodinâmica.
Energia 1 Energia 2 Dispositivo ou fenômeno
Térmica Mecânica Motor a explosão
Luminosa Elétrica Célula fotovoltaica
Química Térmica Combustão
Elétrica Mecânica Complete aqui
Mecânica Elétrica Complete aqui
Complete aqui Complete aqui Aquecedor solar
Química Elétrica Complete aqui
Elétrica Química Eletrólise
8. . 7 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
4 Calor e Temperatura
Você já parou para pensar que nosso corpo é uma Máquina Térmica?
Os alimentos são utilizados em uma série de transformações bioquímicas que geram energia para nos
manter aquecidos, possibilitar nossos movimentos e para muitas outras coisas.
Você é capaz de imaginar por que se diz que um alimento possui calorias?
Vamos prestar atenção agora no que costumamos chamar de sensação térmica. O que significa a nossa
sensação de “quente” e “frio”?
Faça o seguinte experimento. Entre em um ambiente refrigerado e toque em uma maçaneta de metal.
Em seguida coloque a mão em uma mesa de madeira. Qual objeto lhe parecerá mais frio?
Certamente, a maçaneta lhe parece mais fria que a madeira. Entretanto, como a sala está refrigerada,
digamos a 200
C, tanto a maçaneta como a mesa não deveriam estar também, ambos, a 200
C? Como
resolver essa contradição?
Se analisarmos com cuidado esse experimento, veremos que a sensação térmica avalia as trocas de calor
e não a temperatura. As trocas de calor ocorrem quando objetos de temperaturas diferentes entram em
contato térmico. O sentido natural da troca de calor é do corpo de maior temperatura para o de menor
temperatura. Se um desses objetos é o seu corpo, a sensação de frio ocorre quando o calor flui do seu
corpo para outros objetos. Já a sensação de quente é percebida quando o calor flui de outros objetos
para o seu corpo.
Com efeito, voltemos a nosso experimento. O seu corpo é mantido pelo seu metabolismo a uma
temperatura de aproximadamente 360
C. Então, ao tocar a maçaneta ou a madeira a troca de calor flui
do seu corpo para esses objetos, por isso você os percebe frios. Comprova-se experimentalmente que
os metais conduzem melhor o calor do que a madeira de modo que a troca de calor entre sua mão e a
maçaneta é mais rápida e mais intensa do que com a madeira, por isso você sente maçaneta mais fria.
Após um tempo segurando a maçaneta, você observará que ela vai ficando menos gelada até que a
sensação de gelado passa, ou seja, você não percebe mais a troca de calor, ou seja, praticamente não há
mais diferença de temperatura entre seu corpo e a maçaneta.
De uma maneira geral, objetos a temperaturas diferentes colocados em contato térmico trocam calor
até atingirem a mesma temperatura. Diz-se então que o sistema atingiu o equilíbrio térmico.
9. . 8 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Mas como devemos medir a temperatura? Será que nosso corpo é um bom termoscópio6
?
Veja como nossos sentidos são facilmente enganados. Uma experiência7
fácil de executar em casa é
colocar três vasilhas de água a primeira contendo água gelada, a segunda com água à temperatura
ambiente e a terceira com água morna. Mantenha uma mão imersa na primeira vasilha (água gelada) e
a outra imersa na terceira vasilha (água morna), até você se “acostumar”. Após essa sensação, coloque
as duas mãos simultaneamente na segunda vasilha e sinta o que acontece. Você poderá perceber que
uma mão sentirá a água quente e a outra sentirá a mesma água fria!
Figura 2: Experimento para avaliar sensações térmicas
Mão esquerda na água
gelada e mão direita na
água morna
Ambas as mãos na água à
temperatura ambiente
Nosso corpo pode até servir para avaliar o fluxo de calor, mas como termoscópio não se mostrou muito
eficiente. Não podemos confiar em nossas sensações para medir temperatura! Para isso, existem os
termômetros.
Como funcionam os termômetros? Tome como exemplo o termômetro clínico. Para verificar se estamos
com febre, colocamos o termômetro debaixo do braço e esperamos 3 minutos. Durante esse processo,
o mercúrio do bulbo, que estava inicialmente à temperatura ambiente, vai elevando sua temperatura
6
Termoscópio é um instrumento que avalia qualitativamente a temperatura.
7
Essa experiência foi descrita pela primeira vez em 1690 por John Locke, em seu tratado: “Essay Concerning Human
Understanding”. E, provavelmente, é muito mais antiga.
10. . 9 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
até entrar em equilíbrio térmico com o nosso corpo. Mas, devido ao fenômeno da dilatação térmica8
, o
mercúrio contido no bulbo vai aumentando de volume, aumentando assim, o comprimento da coluna
de mercúrio. Após o equilíbrio térmico, podemos ler a temperatura. Na verdade o que estamos
medindo é a variação de volume do mercúrio que é convertida em temperatura por meio da escala do
termômetro9
.
Figura 3: Termômetro clínico
Vimos então que calor e temperatura são conceitos diferentes, mas que estão relacionados por meio da
seguinte constatação experimental: quando dois (ou mais) corpos com temperaturas diferentes
entram em contato térmico, eles trocam calor até que uma temperatura intermediária seja atingida.
Nesse momento, a troca de calor cessa e diz-se então que o sistema atingiu o equilíbrio térmico.
8
Galileu foi, aparentemente, o primeiro a sugerir o uso da dilatação térmica para a indicação de temperaturas. Ele
construiu o primeiro termômetro em 1592.
9
Estamos desprezando ainda a dilatação térmica do vidro que é muito pequena.
11. . 10 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Figura 4: Equilíbrio térmico
A temperatura é uma propriedade física dos corpos. É medida através dos termômetros e é o parâmetro
que define se haverá ou não troca de calor entre os corpos.
A generalização do conceito de equilíbrio térmico é chamada Lei Zero da Termodinâmica, formulada
por Ralph H. Fowler na década de 1920 e que pode ser enunciada da seguinte forma:
Sejam A, B e C três corpos distintos. A experiência mostra que se cada um dos corpos A e B está em
equilíbrio térmico com C, então A estará em equilíbrio térmico com B10
.
4.1 Os Termômetros e suas escalas
Como se constrói a escala de um termômetro? Com base em que experimentos são escritos os valores
de temperatura impressos no termômetro?
10
Ela foi oficialmente formulada muito tempo após o estabelecimento da Primeira e da Segunda Leis. Por isto é que ela
foi chamada de Lei Zero.
12. . 11 .
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4.1.1 Mudanças de Estado
A natureza presenteou os cientistas e fabricantes
de termômetros com fenômenos chamados
mudanças de estado. Uma mesma substância
pode se apresentar nos estados sólido, líquido,
gasoso e plasma. Por exemplo, a água no estado
sólido é gelo e no estado gasoso é vapor d’água.
Figura 5: Mudanças de estado
E como ocorre a mudança de estado? Certamente você já observou a formação de cubos de gelo no
congelador ou a ebulição da água em uma panela ao fogo. A mudança de estado não ocorre de uma só
vez. A água vai se solidificando aos poucos no congelador e o mesmo ocorre na panela.
É uma constatação experimental que a temperatura da maioria das substâncias durante a mudança de
estado permanece constante (desde que a pressão não varie). No caso da água em nossa cozinha, a
solidificação ocorre a uma temperatura de aproximadamente 00
C e a água ferve a aproximadamente
1000
C.
Resumindo: à pressão de 1 atm, a água abaixo de 00
C é sólida e acima de 0o
C é líquida e a 0o
C ocorre a
mudança de estado. Você é capaz de descrever o que ocorre a 100o
C?
Cada substância possui valores específicos de temperatura de fusão e temperatura de ebulição. Veja
alguns exemplos de pontos de fusão e ebulição de substâncias submetidas à pressão de 1 atm:
13. . 12 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Substância Ponto de fusão (o
C) Ponto de ebulição (o
C)
Água 0 100
Nitrogênio -210 -196
Cloreto de sódio 801 1465
Mercúrio -39 357
Ferro 1535 2800
Oxigênio -219 -183
Enxofre 119 445
Ouro 1063 2660
Prata 962 2162
Helio --- -269
Etanol -114 78
Fonte: GREF, Física 2, Edusp; webelements.com.
Figura 6: Pontos de fusão e ebulição de diversas substâncias
4.1.2 Construção da escala de termômetros usando dois pontos fixos
Considere um termômetro de mercúrio sem escala. Como podemos usar os pontos de fusão e ebulição
da água (pontos fixos) para construir uma escala?
14. . 13 .
Sala de Leitura
A Primeira Lei da Termodinâmica
Coloque o termômetro em um recipiente com gelo e
água e marque a posição da coluna de mercúrio.
Depois, coloque o termômetro em água fervente e
marque a posição da coluna de mercúrio.
Com os dois pontos marcados, podemos inserir uma
escala com traços eqüidistantes, dividindo assim o
intervalo entre os pontos fixos da água.
Figura 7: Escala Celsius
A escala Celsius possui 100 divisões (graus) entre os pontos fixos da água e ainda atribui ao ponto de
fusão o valor 0 grau de modo que o ponto de ebulição terá valor 100 graus. Já a escala Fahrenheit usa
180 divisões entre os pontos fixos da água e atribui ao ponto de fusão o valor 32 graus de modo que o
ponto de ebulição terá o valor de 212 graus.
É importante observar que esse método de construir termômetros possui as suas limitações. Por
exemplo, o fato de entre as marcações da escala haver sempre o mesmo espaçamento pressupõe uma
relação linear entre a dilatação do mercúrio e a variação de temperatura e ainda considera desprezível a
dilatação do vidro do bulbo do termômetro. São aproximações que podem limitar a precisão de
termômetros desse tipo.
Uma curiosidade a respeito da escala Celsius, originalmente construída, em 1742, pelo astrônomo sueco
Anders Celsius (1701 – 1744), é que ela era invertida, ou seja, Celsius atribuiu 0 grau ao ponto de
ebulição da água e 100 graus ao ponto de fusão do gelo. Foi em 1744 que o famoso botânico sueco
Carolus Linnaeus (1707–1778) propôs a inversão da escala, como a usamos hoje.
15. . 14 .
Sala de Leitura
A Primeira Lei da Termodinâmica
Os termômetros utilizam substâncias termométricas cujas propriedades termométricas variam com a
temperatura. Por exemplo, o termômetro clínico utiliza o mercúrio como substância termométrica e a
propriedade termométrica observada é a sua dilatação. Outra substância termométrica muito usada em
termômetros é o álcool com corante vermelho.
4.1.3 Escala Absoluta
Vamos colocar agora dois questionamentos com relação à temperatura.
Questionamento 1: Qual a menor temperatura possível?
Não há dúvida que o menor comprimento possível é zero, a menor massa possível é zero, o menor
volume possível é zero e a menor pressão possível é zero. Mas do jeito que definimos, por exemplo, a
escala Celsius, a temperatura zero não é a menor possível, pode haver temperaturas negativas. Será que
podemos esfriar a matéria indefinidamente ou será que existe um limite?
Questionamento 2: Há algum método de medir temperatura que independa de substâncias e
propriedades termométricas?
Os termômetros que estamos acostumados a usar possuem substâncias termométricas como o
mercúrio e o álcool. Os termômetros digitais utilizam propriedades termométricas elétricas. Será que
existe algum termômetro que forneça sempre os mesmos valores qualquer que seja a substância
termométrica usada por ele?
Esses dois questionamentos são fundamentais na Termodinâmica e, por incrível que pareça, estão
intimamente ligados. A busca pelas respostas percorreu a história por meio do estudo dos gases. O
físico e instrumentista francês Guillaume Amontons (1663 – 1705) foi um dos primeiros cientistas a
propor a idéia da mínima temperatura possível, o zero absoluto. Em 1787, o físico francês Jacques
Charles (1747-1823) estudou a variação do volume de um gás à pressão constante em função de sua
temperatura. A assim chamada expansão térmica de um gás foi quantificada pelo cientista também
francês Joseph Gay-Lussac, em 1808. Henri Regnault, em 1847, trabalhando experimentalmente com
extremo cuidado, refinou os resultados de seu professor Gay-Lussac.
Regnault chegou ao resultado que, se a pressão permanecer constante, o volume de um gás a 0o
C
diminui na fração de 1/273 a cada redução de temperatura de 1o
C. A maioria dos gases se dilata
aproximadamente da mesma maneira e um gás que teoricamente se comporte assim a qualquer
temperatura é definido como sendo um gás ideal. Os gases reais em geral se comportam como gases
ideais dentro de uma faixa limitada de temperatura por causa das mudanças de estado, além de outros
motivos. O gás hélio é o que mais se aproxima do gás ideal.
16. . 15 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Podemos usar, então, a expansão térmica dos gases como substância termométrica e construir um
preciso termômetro a gás. Os resultados são impressionantes. Se o volume do gás reduz em
aproximadamente 1/273 a cada grau Celsius, fazendo uma extrapolação – à temperatura de -273o
C – o
gás teria volume....ZERO! Volumes negativos não existem, logo não existem também temperaturas
inferiores a -273o
C, o chamado zero absoluto. Regnault não só confirmou que o zero absoluto existe,
como também determinou o seu valor. A escala absoluta obtida com o termômetro a gás é
denominada também escala de gás ideal.
O valor aceito hoje para o zero absoluto é:
Zero absoluto11
= -273,16o
C
Com a descoberta do zero absoluto, ele pode ser um dos pontos fixos usados para construir todas as
escalas termométricas. Como existe um valor mínimo de temperatura, ele pode ser um referencial
comum para todas as escalas termométricas.
O questionamento 1 está respondido.
Quanto ao questionamento 2, precisamos de um método de medir temperatura que seja independente
de substâncias termométricas. Os estudos de Sadi Carnot a respeito do rendimento de máquinas
térmicas chegaram a resultados interessantes.
Figura 8: Diagrama moderno da máquina de Carnot
11
Levando em consideração a Resolução 3 de 1948 da nona CGPM (Conférence Générale des Poids et Mesures).
Em 1824, Carnot desenvolveu o modelo de
uma máquina térmica hipotética que teria o
máximo rendimento possível. Neste modelo, o
calor flui de uma fonte quente à temperatura
TH para uma fonte fria à temperatura TC. A
máquina é responsável pela conversão de
parte do calor QH em trabalho W.
17. . 16 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
O importantíssimo resultado de Carnot foi que o rendimento η de sua máquina é apenas função das
temperaturas absolutas TH e TC:12
η = W/QH = 1 – TC/TH
Você pode imaginar um método de medir temperatura usando a máquina de Carnot? Trata-se de uma
máquina hipotética, mas teoricamente possível, de forma que o nosso “termômetro de Carnot” será um
método também hipotético. Vamos analisar a expressão W/QH = 1 – TC/TH. O trabalho W pode ser
medido por métodos mecânicos; a quantidade de calor QH por meio da calorimetria, como veremos
adiante; e digamos que a temperatura TC seja a do gelo fundente. Só sobra uma incógnita, a
temperatura TH que seria assim medida sem a necessidade de especificar a substância usada pela
máquina. Problema resolvido.
Como a máquina de Carnot tem como bases sólidas as leis da Termodinâmica, a escala construída por
meio desse método apresentado possui o nome de Escala Termodinâmica de temperaturas. A escala
absoluta Termodinâmica é a que se utiliza nas leis relacionadas à Termodinâmica.
Em 1848, o físico-matemático e engenheiro William Thomson (1824–1907), o Lorde Kelvin, publicou um
artigo13
fundamentado nos trabalhos de Carnot e Regnault, buscando a equivalência entre a escala dos
gases ideais e a escala Termodinâmica. Lorde Kelvin desenvolveu uma escala tomando como pontos
fixos o zero absoluto e a temperatura do gelo fundente. Kelvin atribuiu zero grau ao zero absoluto e
273, 16 graus ao gelo fundente de modo que cada grau de sua escala teria o valor equivalente a 1o
C.
A escala absoluta de Lorde Kelvin é a mais utilizada hoje e, em sua homenagem, a unidade referente a
ela no Sistema Internacional de Unidades é o Kelvin14
.
12
O rendimento da máquina de Carnot independe da substância por ela utilizada. Pode ser uma máquina a vapor, a gás
ou outra substância qualquer.
13
On an Absolute Thermometric Scale founded on Carnot's Theory of the Motive Power of Heat, and calculated from
Regnault's Observations By Lord Kelvin (William Thomson) Philosophical Magazine October 1848 [from Sir William
Thomson, Mathematical and Physical Papers, vol. 1 (Cambridge University Press, 1882), pp. 100-106.]
Link: http://zapatopi.net/kelvin/papers/on_an_absolute_thermometric_scale.html.
Link da tradução para o português: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0102-47442007000400002&script=sci_arttext .
14
Em 1967/1968, a Resolução 3 do 13o
CGPM renomeou o incremento da escala Termodinâmica de temperatura para
Kelvin (K) em lugar do anteriormente usado grau Kenlin (o
K).
18. . 17 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
4.2 Calorimetria – medição do calor
A teoria que explicava o calor na época de Sadi Carnot era a chamada Teoria do Calórico. Ela foi
introduzida15
, em 1783, por Antoine Lavoisier (1743 – 1794) para explicar a combustão, portanto, é uma
teoria baseada em experimentos de química. Havia evidências experimentais e era muito natural pensar
o calor como uma substância que participava das transformações químicas.
Segundo Lavoisier, a substância do calor deveria ser um “fluido sutil” que ele chamou de calórico. De
acordo com a teoria, a quantidade de calórico no universo teria de ser conservada. Em particular, a
quantidade total de calórico em um sistema isolado termicamente de sua vizinhança também deveria se
conservar. A transferência de calor, de um corpo mais quente (que possuía mais calórico) para um mais
frio, poderia ser tranquilamente entendida como o fluxo de calórico. Lavoisier foi um dos primeiros
cientistas a fazer experimentos de calorimetria (medição do calor) e seus resultados estavam
totalmente de acordo com a teoria do calórico.
Entende-se hoje o calor como forma de energia e não como uma substância. Em particular, na
calorimetria, a lei da conservação do calórico foi substituída pela lei da conservação da energia como
veremos a seguir.
A teoria do calórico ultrapassou as fronteiras da química e foi aplicada à física e à engenharia. O próprio
Carnot a usou para desenvolver seu modelo de máquina térmica16
. Ao ampliar o campo de atuação, a
teoria do calórico mostrou com mais evidência as suas limitações.
Um dos primeiros a apontar essas limitações17
foi o físico e inventor americano Benjamin Thompson
(1753 – 1814) que se tornou Conde de Rumford na Baviera e que em 1804 casou-se com a viúva de
Lavoisier. Em 1798 ele publicou um artigo científico18
no qual descrevia o calor envolvido na perfuração
de canhões. Rumford realizou experimentos bastante precisos e não notou variação de massa nos
corpos que ganhavam ou perdiam calórico. Isso até poderia ser explicado se o calórico fosse
15
Em seu artigo "Réflexions sur le phlogistique" de 1783.
16
Um dos grandes problemas dele foi este. Recebeu inúmeras críticas pois o trabalho deve era baseado,
desnecessariamente, na teoria do calórico que já estava fora de moda. Sua obra passou desapercebida até 1834, quando
Clayperon a comenta, introduz uma representação gráfica e dá a conhecer a Kelvin e a Clausius. Estes dois adaptam os
trabalhos de Carnot e Clayperon aos resultados obtidos por Joule.
17
Entretanto, antes dele, cientistas como Francis Bacon, 1620, Descartes, Robert Boyle e outros já suspeitavam que calor
era uma forma de movimento molecular associado a partículas diminutas no corpo. Porém, como a teoria calórica
explicava tudo que era necessário, o novo conceito não tinha nenhuma prova experimental do seu uso e necessidade.
18
An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction
19. . 18 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
considerado um “fluido imponderável19
”. Entretanto a “lei da conservação do calórico” estaria
seriamente comprometida, pois o atrito poderia colocar em um corpo uma quantidade praticamente
ilimitada de calórico. No ano seguinte, Humphry Davy realizou experimentos ainda mais convincentes
com blocos de gelo. Apesar de todas as evidências, a teoria do calórico resistiu por mais 50 anos. Sua
“morte” foi promovida por Joule, em 1843, com a ajuda de outros cientistas.
Cabe mencionar que não se pode medir diretamente o calor, entretanto, sabe-se que quando um corpo
recebe calor sua temperatura aumenta. Sob certas condições, medindo a variação de temperatura (ΔT)
podemos medir indiretamente a quantidade de calor (Q) envolvida numa transformação. Define-se
capacidade térmica (C) de um corpo justamente como sendo a relação entre Q e ΔT.
C = Q/ΔT Q = C. ΔT Pode-se mostrar experimentalmente que a capacidade térmica (C) de um corpo
depende da sua massa (m). Se dividirmos C por m, obtemos o que definimos como sendo o calor
específico (c) da substância da qual ele é composto.
c = C/m C = m.c
Substituindo essa expressão na de cima, obtemos.
Q = m.c. ΔT
Cada substância possui o seu calor específico. Dentre elas, podemos destacar a água que possui calor
específico de 1 cal/g0
C. A tabela periódica moderna contém o calor específico da maioria dos elementos
químicos.
Mas sempre que um corpo recebe calor sua temperatura varia? Essa questão foi pesquisada, em 1761,
pelo médico, físico e químico escocês Joseph Black (1728 – 1799). Ele investigou experimentalmente as
mudanças de estado à pressão constante e descobriu que a temperatura do gelo fundente não varia
ao aplicar-lhe calor. Todo calor recebido pelo gelo é usado para sua mudança de estado. Black chamou
esse calor de calor latente (L).
Q = m.L (durante as mudanças de estado)
Cada substância possui o seu calor latente de fusão (sólido líquido) e de vaporização (líquido
gás). Os valores aproximados para água, por exemplo, são Lfusão = 80 cal/g e Lvapor = 540 cal/g. Isso
19
Imponderável: que não se pode pesar; cujo peso não é significativo (dicionário Houaiss)
20. . 19 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
significa que, à pressão atmosférica normal, são necessárias 80 calorias para fundir 1 grama de gelo.
Durante toda a fusão do gelo, a temperatura do gelo+água permanece constante e igual a 0o
C (à
pressão de 1atm).
A tabela abaixo mostra os calores latentes de fusão e de vaporização para algumas substâncias:
Substância L de fusão (cal/g) L de vaporização (cal/g)
Água 79,71 539,6
Etanol 24,9 204
Ferro 64,4 1515
Ouro 15,8 377
Nitrogênio 6,09 47,6
Oxigênio 3,3 50,9
Hélio -- 6
Fonte: GREF, Física 2, Edusp
Figura 9: Calores de fusão e vaporização de diversas substâncias
21. . 20 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Em laboratório, os experimentos
de calorimetria em geral são
realizados em calorímetros. Os
calorímetros são recipientes com
paredes formadas por materiais
isolantes térmicos. Podem possuir
ainda um misturador e um
termômetro.
Figura 10: Calorímetro moderno
Se colocarmos água fria e um bloco de alumínio quente dentro do calorímetro, depois de um tempo,
eles chegarão ao equilíbrio térmico a uma temperatura intermediária. Como o calorímetro isola
termicamente a água e o alumínio do exterior, todo o calor cedido pelo alumínio será absorvido pela
água. Podemos expressar matematicamente esse experimento:
QH2O + QAl = 0 mH2O.(Teq – TH2O) + mAl.cAl.(Teq – TAl) = 0
No caso desse experimento, as massas e temperaturas podem ser medidas de forma que podemos
determinar o calor específico do alumínio (cAl).
De uma maneira geral, em um calorímetro:
Q1 + Q2 + ..... + Qn = 0
Repare que cada uma dessas quantidades de calor Q pode ser cedida ou absorvida por substâncias
sólidas, liquidas ou gasosas ou ainda serem gerados por reações químicas, corrente elétrica, atrito,
enfim qualquer processo termodinâmico.
22. . 21 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
5 A Conservação da Energia
Um dos mais importantes princípios da física e da química é o da conservação da energia. Segundo este
princípio, em um sistema isolado, há uma entidade fundamental chamada energia que se conserva, seja
qual for a transformação sofrida pelo sistema. Esse princípio é largamente comprovado
experimentalmente em todos os campos da física, da química e de outras ciências da natureza. A
energia está presente no movimento, na Termodinâmica, na eletricidade, no magnetismo, nas reações
químicas, nos processos bioquímicos, no mundo microscópico da mecânica quântica, na teoria do big
bang, na relatividade, na física nuclear, no acelerador de partículas, enfim, em todos os campos das
ciências naturais. A energia se transforma, Ela perpassa de uma forma à outra de maneira
impressionante, mas sempre se conserva. A certeza que a energia de um sistema tem que se conservar
é uma base fundamental ao estudo da física e química teóricas.
O estabelecimento do princípio da conservação da energia nasceu no século XIX, em estudos de
Termodinâmica. Nessa época, já se sabia que o calor poderia ser gerado pelo atrito (energia mecânica),
pela eletricidade e por reações químicas. O que hoje chamamos de energia estabelece uma conexão
entre esses fenômenos aparentemente distintos.
Um dos primeiros a propor essa conexão, em 1842, foi o médico e físico alemão Julius Robert Von Mayer
(1814 – 1878). Em uma viagem às Índias Orientais Holandesas (atual Indonésia), Mayer notou que seus
pacientes tinham o sangue venoso mais avermelhado do que o dos europeus. Ele concluiu que as
pessoas que moram em países quentes consomem menos oxigênio e, portanto, menos energia para
manter sua temperatura. Mayer estabeleceu que o processo químico vital (hoje conhecido como
oxidação) é a principal fonte de energia dos seres vivos. Para Mayer, a energia vital era energia química,
que por sua vez, era transformada em calor. Ele estava convicto que calor era energia. Suas observações
experimentais comprovavam isso, não havia como ser diferente!
Mayer estudou o problema do equivalente mecânico do calor, ou seja, o cálculo de quanto de energia
mecânica corresponderia uma caloria. Apesar de ter chegado a bons resultados, seu trabalho foi
considerado sem grandes consequências pela comunidade científica da época.
Os trabalhos experimentais em busca do equivalente mecânico do calor foram realizados de forma
independente de Mayer, na década de 1840, pelo cervejeiro e físico inglês James Prescott Joule (1818 –
1889). No mais famoso de seus experimentos, a queda de um peso movimenta as palhetas no interior
de um calorímetro com água, aquecendo-a por atrito.
23. . 22 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Figura 11: Aparato de Joule
Para calcular o equivalente mecânico do calor, Joule mediu a quantidade de calor transferida à água
pelo atrito com as palhetas e a energia do movimento20
resultante da queda do peso. De acordo com o
princípio da conservação da energia, essas duas quantidades deveriam ser iguais21
.
Experimentos posteriores comprovaram que o calor é realmente uma forma de energia. Em
homenagem à Joule, a unidade de energia do Sistema Internacional de Unidades recebeu seu nome e o
valor atual aceito para o equivalente mecânico é:
1 cal = 4,181 J
Os trabalhos de Mayer e Joule iriam mudar o rumo das pesquisas teóricas em Termodinâmica. Em 1850,
Rudolf Clausius e William Thomson (Lord Kelvin) desenvolvem a Primeira e a Segunda Lei da
Termodinâmica. Entender o calor como uma forma de energia ampliou o campo de atuação da
Termodinâmica para além das máquinas térmicas. Possibilitou que ela fosse aplicada nos mais diversos
campos, sendo inclusive a base da físico-química moderna.
20
A energia pura do movimento era chamada na época de força-viva (vis-viva) e atualmente de energia cinética. Ec =
m.v2
/2
21
Considerando desprezíveis fatores como os atritos externos e a energia cinética adquirida pela água.
24. . 23 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
6 A Primeira Lei da Termodinâmica
A conservação da energia em sistemas termodinâmicos é expressa por meio da 1ª lei da
Termodinâmica. Antes de apresentá-la na sua forma matemática, iremos apontar alguns conceitos
importantes.
7 Energia Interna (U), Quantidade de calor (Q) e Trabalho (W)
Faça o seguinte experimento: construa um pêndulo amarrando um peso a um barbante. Segure na
ponta do barbante e coloque o peso para oscilar.
Pêndulo Trajetória do pêndulo simples
Figura 12: Pêndulo simples
O pêndulo é um instrumento interessante porque você pode energizá-lo. Quanto maior a altura máxima
hmáx atingida pela esfera, mais energia o pêndulo terá. Você pode reparar nitidamente que, para manter
a mesma altura máxima, você quase não faz esforço, mas para aumentá-la exige que você coloque
energia no sistema. Da mesma forma, para que a altura máxima diminua, você deve ficar parado e
esperar que o atrito faça a sua parte.
O que acontece internamente no sistema pêndulo é que, ao atingir a altura hmáx, a esfera adquire energia
potencial gravitacional (Ep). Ao perder altura, a esfera ganha energia cinética (Ec), a energia do
25. . 24 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
movimento. A energia cinética é máxima no ponto mais baixo do movimento. Vamos chamar de U a
energia interna do sistema22
, que é representada pela soma:
U = Ep + Ec
Vamos agora analisá-la em alguns casos, tendo sempre como base o princípio da conservação da
energia.
Caso 1: Você coloca o pêndulo para oscilar e depois sua mão fica parada. Vamos considerar o
atrito desprezível. Nesse caso, o sistema fica isolado energeticamente. Ou seja, o sistema pêndulo não
recebe nem perde energia da sua vizinhança. Então, a energia interna U do sistema deve permanecer
constante ou, equivalentemente, a variação da energia interna deve ser zero.
Sistema isolado: ΔU = 0
Caso 2: Você coloca o pêndulo para oscilar e depois sua mão fica parada. Agora não vamos desprezar o
atrito. A altura máxima hmáx do pêndulo vai diminuindo. A energia interna U do sistema diminui à
medida que o tempo passa. Toda energia interna perdida pelo sistema é convertida em calor (Q) por
meio do atrito. Em termos matemáticos:
Com atrito: ΔU = Q
Caso 3: Você coloca o pêndulo para oscilar e depois sua mão não fica parada. Consideramos ainda que o
atrito não seja desprezível. O trabalho (W) realizado pelo seu dedo23
sobre o sistema contrabalança a
perda de energia interna provocada pelo atrito. A diferença entre o trabalho W e o calor Q representará a
variação da energia interna do sistema:
ΔU = Q - W
Essa é a expressão matemática da Primeira Lei da Termodinâmica.
Agora vamos aumentar a complexidade de nosso sistema. Pendure uns 100 pêndulos dentro de uma
caixa metálica. Eu pergunto: nosso raciocínio muda? Se você balançar a caixa (realiza um trabalho W
sobre o sistema), a energia interna do sistema aumentará. Esse aumento será exatamente igual à
energia que você colocou no sistema (ΔU = W). A energia se conserva! Se, logo depois da chacoalhada,
você colocar a caixa dentro de um calorímetro com água e medir a quantidade de calor Q trocada pelo
22
A energia potencial depende da altura que por sua vez é função da referência (h = 0) escolhida. Dessa forma, a energia
interna de um sistema depende da referência escolhida. Entretanto a variação da energia interna ΔU é que é importante
em Termodinâmica e sobre essa variação a escolha da referência não tem influência.
23
Dizer “o trabalho realizado sobre o sistema” é o mesmo que dizer “a energia fornecida ao sistema”.
26. . 25 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
sistema com a vizinhança até todos os pêndulos pararem, adivinhe só: Q vai ser exatamente igual à ΔU.
A energia se conserva!
Na verdade, para a Termodinâmica
fenomenológica, não tem a mínima importância
o que tem dentro da caixa. Não é necessário
saber o funcionamento interno de um sistema
para medir a variação da sua energia interna ΔU.
Essa medição é feita indiretamente, por
exemplo, por meio da troca de energia (W ou Q)
do sistema com a sua vizinhança. Portanto, ao
analisar um problema termodinâmico, deve
estar bem claro o que é o sistema e o que é sua
vizinhança.
Figura 13: Sistema termodinâmico e sua vizinhança
Outro assunto importantíssimo é a convenção de sinais que adotaremos para as energias envolvidas na
1ª lei a Termodinâmica (ΔU = Q – W):
Energia Positivo Negativo
Energia interna (ΔU) Se a energia interna do sistema
aumentar.
Se a energia interna do sistema
aumentar.
Calor (Q) Calor fluir da vizinhança para o
sistema.
Calor fluir do sistema para a sua
vizinhança.
Trabalho (W) Trabalho realizado pelo sistema
sobre sua vizinhança
Trabalho realizado pela
vizinhança sobre o sistema
Figura 14 : Convenção de sinais
27. . 26 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
8 Primeira Lei da Termodinâmica aplicada aos gases
8.1 Introdução
Em automóveis com motor a explosão, o sistema termodinâmico que troca calor e trabalho com a
vizinhança é o gás (no caso, o ar) contido na câmara de explosão. Durante o funcionamento do motor, o
gás se expande, é comprimido e a sua pressão, volume e temperatura variam. As transformações
Termodinâmicas de um gás são importantes exemplos de aplicação da primeira lei da Termodinâmica.
Estudaremos alguns casos particulares dessas transformações.
Figura 15: Seringa
Faça o seguinte experimento: encha de ar uma seringa e
ar e tampe-a. Comprima o ar. Sentiu a seringa quente? É
porque a compressão fez o calor fluir do sistema para sua
mão. Mantenha o ar comprimido e espere que a seringa
esfrie. Agora solte o êmbolo. Notou que a seringa ficou
mais fria? Na expansão o gás perde calor para a
vizinhança.
Você é capaz de explicar por que o gás de cozinha sai “gelado” quando escapa do botijão?
8.2 Estado termodinâmico e variáveis de estado
Em cada posição do êmbolo da seringa, o ar se encontra num estado termodinâmico diferente. O Estado
Termodinâmico é definido pelas variáveis de estado (ou propriedades termodinâmicas) do sistema. Essas
variáveis podem ser pressão (P), temperatura (T), energia interna (U), massa (m), massa específica (ρ) e
28. . 27 .
Sala de Leitura
A Primeira Lei da Termodinâmica
diversas outras grandezas24
que são características do sistema estudado. As transformações
Termodinâmicas levam o sistema de um estado termodinâmico a outro.
Considere agora que o ar em nossa seringa sofra uma rápida compressão. Há como saber o valor da
pressão e temperatura do ar logo após a compressão? O sistema ainda está se estabilizando e pode
muito bem haver partes dele com temperaturas e pressões diferentes. Entretanto, após um tempo, as
variáveis de estado passam a ter valores praticamente iguais em todas as partes do sistema. Diz-se,
então, que foi atingido o equilíbrio termodinâmico. Só se pode definir o estado termodinâmico de um
sistema que esteja em equilíbrio termodinâmico. Você é capaz de explicar por quê?
Não é necessário saber todas as variáveis de estado para definir o estado termodinâmico de um sistema.
Por exemplo, comprova-se experimentalmente que o estado termodinâmico de um gás é definido, em
muito boa aproximação, apenas por meio das variáveis de estado massa (m), volume (V) e pressão (P).
Existem relações de dependência entre as variáveis de estado. Para cada valor de m, V e P há somente
um valor para cada uma das outras variáveis de estado (por exemplo, U e T).
As relações matemáticas entre as variáveis de estado são chamadas de equações de estado. Em 1834, por
Émile Clapeyron (1799 – 1864) com base nas leis experimentais dos gases de Boyle, Charles e Gay-
Lussac propôs um modelo teórico de gás ideal que obedece à seguinte equação de estado:.
P.V = n.R.T (equação de estado de Clapeyron)
Onde:
n número de mols do gás (que é proporcional à sua massa);
R = 8.314472(15) J.K−1
mol−1
constante universal dos gases.
O ar, à temperatura e pressão ambiente (portanto, o ar em nossos experimentos com a seringa), pode
ser considerado, em boa aproximação, um gás ideal.
O modelo microscópico dos gases ideais é objeto de estudo da Teoria Cinética dos gases, desenvolvida
por Boltzmann e Maxwell na década de 1870. Esse modelo considera o gás como sendo formado por
pequeníssimas partículas que não interagem entre si e que se movimentam obedecendo às leis da
mecânica de Newton. A partir desse modelo, a equação de estado de Clapeyron pode ser deduzida
teoricamente. Outra consequência importante da teoria cinética é que a energia interna de um gás ideal
depende apenas da sua temperatura, ou seja, quando um gás ideal sofre uma transformação isotérmica,
24
Como por exemplo: entalpia (H), energia livre de Gibbs (G), energia livre de Helmhotz (A), entropia (S).
29. . 28 .
Sala de Leitura
A Primeira Lei da Termodinâmica
a variação da sua energia interna é zero. Iremos mais adiante demonstrar essa relação apenas com
argumentos da Termodinâmica fenomenológica.
ΔU = 0 em transformações isotérmicas de um gás ideal
No caso da nossa seringa, a massa (m) de ar é sempre a mesma. Se deslocarmos o êmbolo até uma
determinada posição e esperarmos que o equilíbrio termodinâmico seja atingido, teremos os valores da
pressão (P) e do volume (V) bem definidos. Com esses valores medidos, podemos calcular a
temperatura do ar por meio da equação de estado.
É importante notar que os valores das variáveis de estado de um gás independem das transformações
que o levaram aquele estado. Por exemplo, o volume do ar da seringa só depende da posição do
êmbolo, independente do jeito que você o movimentou.
Uma observação importante é que as transformações Termodinâmicas envolvem trocas de energia que
se dão por meio do trabalho (W) e do calor (Q). Entretanto, essas grandezas NÃO são propriedades
termodinâmicas e não definem o estado termodinâmico de um sistema25
.
8.3 Transformações Termodinâmicas em gases ideais
Vamos estudar algumas transformações físicas de um gás confinado em uma seringa e, por meio da
troca de energia com a vizinhança, determinar a variação da sua energia interna. O calor Q trocado com
a vizinhança pode ser medido com o auxílio de um calorímetro. No caso do gás ideal, o trabalho
mecânico W realizado pelo gás é função da pressão P e variação de volume ΔV do gás e a variação da
energia interna ΔU depende apenas da variação da temperatura.
Consideraremos ainda que as transformações ocorram muito lentamente, garantindo que elas sejam
sucessões de estados de equilíbrio termodinâmico. Ou seja, praticamente em qualquer momento durante
as transformações, as variáveis de estado devem estar definidas. A este tipo de transformação damos o
nome de quase-estática.
25
É importante notar que embora Q e W não sejam propriedades termodinâmicas, a sua diferença, isto é, Q – W é.
30. . 29 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
8.3.1 Diagramas PxV
Uma maneira muito prática de visualizar uma transformação Termodinâmica quase-estática é por meio
de gráficos26
. Os estados termodinâmicos de um gás ideal, durante transformações que não envolvam
variação de massa, ficam totalmente determinados por meio de duas variáveis de estado. Normalmente
são escolhidas as variáveis Pressão (P) e Volume (V) e a partir de um diagrama PxV podem ser
visualizadas as transformações.
Como veremos adiante, a área sob o diagrama PxV é igual ao trabalho mecânico realizado pelo sistema
durante as transformações.
8.3.2 Transformação Adiabática
A transformação adiabática ocorre quando
o sistema não troca calor com a vizinhança.
As paredes do recipiente onde está o gás
deverão ser feitas de um material isolante
térmico. Se for uma seringa, podemos
envolvê-la com isopor. Durante a
compressão adiabática, o volume do gás
diminui e a pressão do gás aumenta. Já
durante a expansão adiabática, ocorre o
oposto. Como não há troca de calor entre o
sistema e a vizinhança, Q = 0.
Figura 16: Diagrama da transformação adiabática
A primeira lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W) nos diz, então, que todo o trabalho (W) é convertido em
variação de energia interna:
26
A introdução destes gráficos é outro conceito introduzido por James Watt.
31. . 30 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
ΔU = -W
O significado do sinal (-) é que se o sistema (gás) realiza trabalho (expansão) sobre a vizinhança, a
energia interna nele contida diminui (ΔU<0).
A expansão adiabática é o principal processo envolvido na formação das nuvens. O ar parado é um
excelente isolante térmico. Considere como sistema uma parcela do ar atmosférico, o ar que estiver em
torno a manterá (em boa aproximação) isolada termicamente de sua vizinhança. Se essa parcela de ar
subir para regiões mais altas da atmosfera, ela experimentará uma pressão menor e irá se expandir. De
acordo com a 1ª lei da Termodinâmica aplicada a processos adiabáticos, a energia interna da parcela de
ar diminuirá, o que ocasionará a queda da temperatura necessária para formação da nuvem.
8.3.3 Transformação isovolumétrica
A transformação isovolumétrica ocorre quando o
volume do gás não varia e, como conseqüência,
ele não realiza trabalho associado à variação de
volume, ou seja: W = 0. No caso da nossa seringa,
se o êmbolo ficar parado não haverá realização
de trabalho.
Figura 17: Diagrama transformação isovolumétrica
A primeira lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W) então fica:
ΔU = Q
Nesse caso, todo aumento de energia interna do gás se deve ao calor fornecido a ele.
32. . 31 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Os experimentos de calorimetria com gases a volume constante comprovam que Q = CV.ΔT, onde CV é a
capacidade térmica a volume constante27
de um gás ideal.
ΔU = CV. ΔT (volume constante)
Isso implica dizer que a variação da energia interna devido à transformação isovolumétrica de
gases ideais depende apenas da temperatura.
8.3.4 Transformação isobárica
Durante a transformação isobárica, a pressão
do gás é mantida constante. Isso nos facilita o
cálculo do trabalho realizado pelo gás, como
veremos a seguir.
Figura 18: Diagrama transformação isobárica
A pressão é definida como sendo força por unidade de área, no caso da nossa seringa, é a força que o gás
aplica ao êmbolo, dividida pela área do êmbolo.
P = F/A F = P.A
O trabalho por sua vez é definido como sendo o produto da força (F) pelo deslocamento28
ΔS, no nosso
caso, do êmbolo.
27
Para gases ideais monoatômicos CV = 3/2.n.R e para gases diatômicos CV = 5/2.n.R onde n é o número de mols e R é a
constante dos gases.
33. . 32 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
W = F . ΔS
Substituindo:
W = P . (A.ΔS)
Mas (A.ΔS) é a variação de Volume do gás. Então, o trabalho de um gás que sofre transformação
isobárica pode ser calculado pela expressão:
W = P. ΔV
Observando o diagrama PxV da transformação isobárica, vemos claramente que o trabalho realizado
pelo gás é numericamente igual à área sob o diagrama. Essa propriedade pode ser estendida para os
diagramas de qualquer transformação quase-estática.
Podemos agora aplicar a 1ª lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W) a um gás que sofre transformação
isobárica:
ΔU = Q – P. ΔV
Os experimentos de calorimetria com gases a pressão constante constatam que Q = Cp.ΔT, onde Cp é a
capacidade térmica a pressão constante29
de um gás ideal. Além disso, aplicando a equação de estado
de Clapeyron PV = nRT podemos reescrever a 1ª lei da Termodinâmica para processos isobáricos
envolvendo gases ideais da seguinte forma:
ΔU = Cp.ΔT – nR.ΔT
Isso implica dizer que a variação da energia interna devido às transformações isobáricas de gases
ideais depende apenas da temperatura.
28
A definição formal de trabalho de uma força é W = F . ΔS = F. ΔS.cosθ. No caso da expansão do gás força e
deslocamento têm a mesma direção, de modo que θ=0 cosθ=1 , de modo que nesse caso W=F. ΔS.
29
Para gases ideais monoatômicos CV = 5/2.n.R e para gases diatômicos CV = 7/2.n.R onde n é o número de mols e R é a
constante dos gases.
34. . 33 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
8.3.5 Transformação isotérmica
As transformações isotérmicas são aquelas
que ocorrem à temperatura constante.
Como iremos ver adiante, no caso dos
gases ideais, a variação da energia interna
depende apenas da variação de
temperatura. Então, se a temperatura não
varia, temos ΔU = 0.
Figura 19: Diagrama transformação isotérmica
Podemos agora aplicar a 1ª lei da Termodinâmica (ΔU = Q – W) a um gás ideal que sofre transformação
isotérmica:
0 = Q – W Q = W
O calor recebido por um gás ideal em uma transformação isotérmica é 100% convertido em trabalho ou
o trabalho isotérmico realizado sobre um gás ideal é totalmente convertido em calor.
8.3.6 Relação entre a energia interna e a temperatura em gases ideais
Agora veremos uma das grandes potencialidades da Termodinâmica fenomenológica. Considere uma
transformação Termodinâmica quase estática qualquer, a qual o sistema muda de um estado inicial A
para um estado final B. As energias internas UA e UB dos estados A e B são propriedades de sistema e
seus valores independem das transformações sofridas por esse sistema. Isso implica que a variação da
energia interna ΔU = UB – UA pode ser medida por meio de qualquer transformação que dará sempre o
mesmo valor. Então, escolhemos um caminho entre A e B que seja uma transformação isobárica e
depois uma transformação isovolumétrica. De acordo com nossos resultados anteriores, a variação da
35. . 34 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
energia interna (ΔU) em cada uma dessas transformações depende apenas da variação da temperatura
(ΔT).
A alteração do estado termodinâmico de um sistema pode ser
feito através de diversas transformações diferentes. O caminho
escolhido não influencia nos valores das variáveis de estado
nos estados inicial A e final B.
Figura 20: Transformações termodinâmicas
36. . 35 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
9 Entalpia
Pense em um laboratório de química.
Em que condições Termodinâmicas
são realizados experimentos
envolvendo reações químicas? Em
muitos experimentos, as reações
químicas ocorrem em recipientes
abertos, portanto, sujeitos à pressão
atmosférica. Como a pressão
atmosférica é praticamente constante,
estamos falando de transformações
isobáricas.
Figura 21: Laboratório de Química
Todas as reações químicas envolvem trocas de calor. Como vimos, a quantidade de calor Q não é uma
variável de estado. Será que existe alguma variável de estado que possa acompanhar as trocas de
energia sob forma de calor que ocorrem durante as reações químicas?
Um dos primeiros a sugerir uma nova variável de estado com este intuito foi o físico, químico e
matemático Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903), no final do século XIX. Essa nova variável recebeu o
nome de Entalpia, do grego “enthalpos” (ενθαλπος) que significa “colocar calor dentro”.
Matematicamente, a Entalpia (H) é definida assim:
H = U + P.V
Vemos que H é definido em função das variáveis de estado U, P e V. Logo, H também será uma variável
de estado.
Se considerarmos as transformações que ocorrem à pressão constante, a variação da entalpia será
ΔH = ΔU + P.ΔV
37. . 36 .
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A Primeira Lei da Termodinâmica
Ocorre que, de acordo com a 1ª lei da Termodinâmica, em uma transformação isobárica, temos ΔU = Q
– P. ΔV. Substituindo:
ΔH = Q
Vemos agora porque o grande cientista Gibbs definiu Entalpia dessa forma.
O calor envolvido nas reações químicas que ocorram à pressão constante é medido pela variação da
entalpia.
10 Considerações finais
O desenvolvimento da termodinâmica permitiu a consolidação e ampliou os limites do princípio da
conservação da energia. Antes do estudo Termodinâmica como ciência, o conceito de energia não
estava bem definido e se restringia à mecânica. Não é por acaso que o calor foi considerado
inicialmente uma substância. Foi demonstrado experimentalmente que a energia pode se apresentar
de diversas formas e que ainda se conserva durante as transformações. Com base nisso foram
construídos modelos teóricos que depois foram comprovados experimentalmente. Era o método
científico sendo consolidado na física, na química e na engenharia. Atualmente os conceitos e
princípios da Termodinâmica são aplicados desde a culinária até o controle de processos industriais. A
Termodinâmica rompeu todos os limites ao ponto de se falar, por exemplo, em temperatura do espaço
sideral. São aplicações praticamente ilimitadas. Todas baseadas em alguns princípios, dentre eles, a
Primeira Lei da Termodinâmica.
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