O documento introduz conceitos básicos de termodinâmica, como sistema, fronteira, estado termodinâmico, trabalho, energia e calor. Explica que a primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia do universo é constante, e que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transformada de uma forma para outra.

1. Marcos Germano Degenhardt

2. Introdução
Quando um móvel se desloca sobre uma superfície com
atrito, há necessidade de um constante fornecimento de
energia para manter o movimento.
F F F F F F F F F F F
Durante todo o movimento a velocidade permaneceu
constante, logo, o trabalho realizado pela força F não
aumentou a energia do móvel, sendo então, dissipada.

3. Introdução
O que aconteceu com a energia recebida pela realização
do trabalho?
Transformou-se em energia térmica e com isso aqueceu
o corpo. Desta forma:
ετ

4. Conceito
Termodinâmica é a parte da física que
estuda as relações recíprocas entre um
trabalho realizado e a corresponde variação
da energia térmica do sistema.
F F F F F F F F F

5. Conceitos básicos
Há a necessidade de se compreender alguns dos termos
que serão utilizados:
– Sistema e Fronteira
– Estado Termodinâmico
– Trabalho
– Energia
– Calor

6. Sistema e Fronteira
A região isolada do espaço, cujas características devem
ser estudas, sem qualquer influência externa é o que se
chama de
Já a superfície que separa o meio externo, quer seja real,
quer imaginária, denomina-se de

7. Exemplo
Meio
Externo
Sistema
Fronteira
A figura a seguir ilustra um sistema:

8. Classificação dos Sistemas
Os sistemas são classificados em:
– Sistemas Abertos
– Sistemas Fechados
– Sistemas Isolados

9. Sistema Aberto
É o sistema que permite que através de sua fronteira
hajam trocas com o meio externo de matéria e energia
Meio
Externo
Sistema
Fronteira

10. Sistema Fechado
Neste caso, o sistema troca apenas energia com o meio
externo, a massa não é trocada.
Meio
Externo
Sistema
Fronteira

11. Sistema Isolado
Neste sistema não há trocas, nem de energia, nem de
massa, com o meio externo.
Meio
Externo
Sistema
Fronteira

12. Estado Termodinâmico
Corresponde às condições que caracterizam um sistema,
em termos de:
– pressão
– volume
– temperatura
– densidade

13. Transformações
Se uma das características de um sistema sofre uma
variação, então diz-se que houve uma transformação
Chama-se de processo termodinâmico, ao modo
pelo qual ocorreu a variação de uma das características de
um estado.
Estado Inicial Estado Final
pi
Vi
Ti
pf
Vf
Tf
Processo
Termodinâmico

14. Trabalho
Na termodinâmica, trabalha-se com gases, logo, são
estes quem realizam trabalho.
Calcula-se o trabalho que um gás realiza por:
Vp.τ
Onde:
τ é o trabalho realizado/recebido
p é a pressão em que o gás se encontra
V é o aumento/redução do volume do gás

15. Unidades de Medida
Grandeza Símbolo Medida
Trabalho τ Joule (J)
Pressão p Pascal (Pa)
Volume V metros cúbicos (m3)
Caso as unidades não estejam coerentes, elas devem
ser transformadas para as unidades acima.

16. Gráfico do Trabalho
Ao se trabalhar com gases, representa-se em gráficos a
forma de como a pressão e o volume interagem:
p0
V0 V1
V(m
3
)
p(Pa)

17. Característica do gráfico p x V
No gráfico pressão versus volume (p x V) o trabalho
pode ser obtido pela área do mesmo, sob a linha que
representa a transformação.
p0
V0 V1
V(m
3
)
p(Pa)
Área
n
τ

18. Convenções
Durante uma transformação o gás, seu volume pode
aumentar ou diminuir, caracterizando o trabalho.
Caso o volume
Aumente
O Trabalho será positivo
e realizado pelo gás
Diminua O Trabalho será negativo
e recebido pelo gás

19. Trabalho realizado
• Ocorre quando o volume do gás aumenta
• Recebe sinal positivo
p0
V0 V1
V(m
3
)
p(Pa)
p1
Área
n
τ

20. Trabalho recebido
• Ocorre quando o volume do gás diminui
• Recebe sinal negativo
p(Pa)
p0
V0 V1
V(m
3
)
p1
Área
n
τ

21. Exemplo
O gás contido no recipiente ao lado sofre
uma transformação, sob pressão de 200 Pa,
aumentando seu Volume de 1 m3 para 5 m3.
Qual o trabalho realizado na transformação?
Dados: p = 200 Pa V0 = 1 m3 V = 5 m3
Solução
J800τ
1)-200(5τ
)(τ
.τ
0VVp
Vp

22. Energia
Esta associada ao movimento das partículas do gás:
– Quanto maior a temperatura absoluta, maior a
velocidade e maior a energia das moléculas;
– Quanto menor a temperatura absoluta, menor a
velocidade e menor a energia das moléculas.
A energia é uma função
exclusiva da temperatura
absoluta das moléculas do gás

23. Cálculo da Energia
Calcula-se a energia de um sistema por:
T2
3
kE
Onde
E é a energia medida em Joules
k é a constante de Boltzmann
T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin
K
J23
10.38,1k

24. Cálculo da Energia
Para se determinar o aumento da energia de um sistema,
utiliza-se:
TR2
3
nE
Onde
E é a energia medida em Joules
n é o número mols do gás
R é a constante universal dos gases perfeitos
T é a temperatura absoluta, medida em Kelvin
mol.K
J
31,8R

25. Convenções
Durante uma transformação o gás, sua temperatura pode
aumentar ou diminuir, caracterizando a variação da
energia.
Caso a
termperatura
Aumente
A variação da energia
será positiva
Diminua A variação da energia
será negativa

26. Exemplo
Uma amostra gasosa encontra-se a temperatura de 127
ºC. Qual a energia interna das partículas deste gás?
Dados: T = 127 ºC => 400 K
Solução
JE
E
kE
21
23
2
3
2
3
10.28,8
400.10.38,1.
T

27. Exemplo
A temperatura de 3 moles de um gás perfeito é aumentada
de 27 ºC para 227 ºC. Qual o aumento da energia interna
deste gás?
Dados: T0 = 27 ºC => 300 K T1 = 227 ºC => 500 K
n = 3 mol R = 8,31 J/mol.K
Solução
J7479
)300500.(31,8.3.
TR
2
3
2
3
E
E
nE

28. Calor
É a energia em trânsito entre corpos que apresentam
entre si uma diferença de temperatura.
No momento em que as temperaturas se igualam, cessa a
transferência de energia e os corpos atingiram o equilíbrio
térmico.

29. Medidas
Uma quantidade de calor pode ser medida de duas
formas: a do Sistema Internacional ou por uma unidade
prática.
Medida Unidade
Sistema Internacional Joule [J]
sistema prático Caloria [cal]
J186,4cal1

30. Exemplo
Um gás recebe 500 cal em forma de calor. Quanto calor
foi recebido em Joules?
Dados: Q = 500 cal
Solução
J2093
1
186,4.500
cal500
J186,4cal1
x
x
x

31. Convenções
Um sistema gasoso pode ceder ou receber calor
Caso o
sistema
Receba Seu sinal será positivo
Ceda Seu sinal será negativo

32. Leis da Termodinâmica
O estudo da termodinâmica esta assentado em três leis:
– Lei zero da Termodinâmica
– Primeira Lei da Termodinâmica
– Segunda Lei da Termodinâmica

33. Lei Zero da Termodinâmica
• Trata do equilíbrio térmico entre os corpos
• Anula as trocas de calor e energia quando os corpos
atingem a mesma temperatura.
Se dois corpos A e B estão em equilíbrio térmico com
um corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico
entre si.

34. Representação
Sistema
A B
C

35. Primeira Lei da Termodinâmica
Trata do balanceamento energético entre as quantidades
de energia interna e externa trocadas durante uma
transformação, permanecendo constante durante todo o
processo. Daí decorrem:
A energia do Universo é constante
A energia não pode ser criada e nem destruída, tão
somente transformada de um tipo em outro

36. Definição
Toda vez que um sistema recebe uma quantidade de
energia, parte dela será devolvida sob forma de um
trabalho desenvolvido e outra parte o sistema assimilará
para si.

37. Representação
Pode-se observar

38. Conceito
EQ τ
Onde
é o trabalho trocado do gás com o meio
Q é a quantidade de calor trocada pelo gás com o meio
E é o variação da energia interna do gás
A quantidade de calor trocada com o meio corresponde
à soma do trabalho realizado pelo gás com o aumento de
sua energia térmica

39. Exemplo
Uma amostra de gás recebe uma quantidade Q de calor,
o que faz com que o gás se expanda e produza um
trabalho de 1500 J e sua energia interna aumente em
3000 J. Quanto calor o gás recebeu?
Dados: Q = ? cal E = 3000 J e = 1500 J
Solução
J4500
J3000J1500
τ
Q
Q
EQ