A termodinâmica estuda os efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão em sistemas físicos. Explica como a energia térmica realiza trabalho e apresenta dois princípios: 1) a energia não pode ser criada ou destruída, apenas transferida ou armazenada como trabalho ou calor; 2) o calor não flui espontaneamente de corpos mais frios para mais quentes.

1. TERMODINÂMICA
Colégio JR
Alunos: Carlos Henrique, Guilherme, Isaque, Lucilla, Micaely
Série: 2º ano

2. O QUE É TERMODINÂMICA?
• A Termodinâmica (do grego therme = calor
e dynamis = movimento) é o ramo da Física que estuda os
efeitos da mudança de temperatura, volume e pressão,
empregados em sistemas físicos em escala macroscópica.
• De uma forma mais simples, a termodinâmica procura
explicar os mecanismos de transferência de energia
térmica a fim de que estes realizem algum tipo de trabalho.

3. TRABALHO EM UMA
TRANSFORMAÇÃO GASOSA
Em mecânica, define-se o trabalho de uma força como sendo:
τ=F⋅d⋅cosθ
Onde F representa a intensidade da força, d o deslocamento do objeto durante a aplicação
dessa força e θ o ângulo entre as direções da força e do deslocamento.
De forma mais geral, quando a força aponta a favor do deslocamento, ou seja, “para frente”,
o trabalho pode ser calculado por:
τ=F⋅d
Quando a força aponta contra o deslocamento, ou seja, “para trás”, ele é calculado por :
τ=−F⋅d

4. TRABALHO EM UMA
TRANSFORMAÇÃO GASOSA
• Você deve estar se perguntando: “o que um conceito de mecânica que
envolve forças e deslocamentos está fazendo em um texto de
termodinâmica?” Pare para pensar: quando aquecemos um objeto, ele se
dilata, empurrando o meio externo, no caso o ar. Logo, existe a aplicação
de uma força e um deslocamento de sua periferia. Assim, existe um
trabalho realizado pela superfície do objeto.

5. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
• Um sistema não pode criar ou consumir energia, mas apenas armazená-la
ou transferi-la ao meio onde se encontra, como trabalho, ou ambas as
situações simultaneamente, então, ao receber uma quantidade Q de calor,
esta poderá realizar um trabalho T e aumentar a energia interna do sistema
ΔU.
• Sendo todas as unidades medidas em Joule (J).
Calor Trabalho Energia Interna Q/T/ΔU
Recebe Realiza Aumenta >0
Cede Recebe Diminui <0
Não troca Não realiza e
nem recebe
Não varia =0

6. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
• Desta tabela, podemos concluir que existem duas maneiras de variarmos a
energia interna de um sistema: dando-lhe ou retirando-lhe calor ou fazendo
com ele realize ou sofra trabalho. Isso pode ser expresso pela seguinte
equação:
• ΔU=Q−τ
• Existem algumas transformações termodinâmicas particulares que nos
levam a resultados interessantes quando analisados à luz da Primeira Lei da
Termodinâmica. Vejamos a seguir:

7. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
CASOS PARTICULARES
• Transformação Isobárica ou Isocórica
• Quando o volume permanece constante e não há realização de trabalho,
temos:
• T = 0
• ΔU = Q

8. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
CASOS PARTICULARES
• Transformação Isotérmica
• É uma transformação em que a temperatura permanece constante, a energia
interna não varia.
• T = Q

9. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
CASOS PARTICULARES
• Transformação Adiabática
• Nela, não há trocas de calor. Normalmente, acontece quando há uma expansão
ou contração muito rápida de um gás (por exemplo, ao usarmos um frasco de
desodorante aerossol). Assim:
• Q = 0
• ΔU = -T

10. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
CASOS PARTICULARES
• Transformação Cíclica
• Um gás sofre uma transformação Cíclica ou realiza um ciclo quando a pressão,
volume e a temperatura retornam a seus valores iniciais, após uma sequencia de
transformações. Portanto, o estado final coincide com o estado inicial.
• Na transformação cíclica, há equivalência entre o trabalho realizado e a
quantidade de calor trocado com o ambiente.
• Ao realizar um ciclo em sentido horário(no diagrama de Clayperon), o gás é
convertido em trabalho.
• Ao realizar trabalho em sentido anti-horário (no diagrama de clayperon), o gás
converte trabalho em calor.

11. 1º PRINCIPIO DA TERMODINÂMICA
CASOS PARTICULARES
• Transformação Cíclica
• A partir da relação entre a 1º principio da termodinâmica e a transformação
cíclica temos:
• ΔU = 0
• T = Q
• Área = T

12. 2º PRINCIPIO DA
TERMODINÂMICA
• Enunciada pelo físico francês Sadi Carnot, essa lei faz restrições para as
transformações realizadas pelas máquinas térmicas como, por exemplo, o
motor de uma geladeira. Seu enunciado, segundo Carnot, diz que:
Para que um sistema realize conversões de calor em trabalho, ele deve
realizar ciclos entre uma fonte quente e fria, isso de forma contínua. A cada
ciclo é retirada uma quantidade de calor da fonte quente, que é
parcialmente convertida em trabalho e a quantidade de calor restante é
rejeitada para a fonte fria.

13. 2º PRINCIPIO DA
TERMODINÂMICA
• Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior
aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata
diretamente do rendimento das máquinas térmicas.
• Enunciado de Clausius:
• O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura
menor, para um outro corpo de temperatura mais alta.
• Enunciado de Kelvin-Planck:
• É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo
termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em
trabalho.

14. MÁQUINAS TÉRMICAS
• As máquinas térmicas foram os primeiros dispositivos mecânicos a serem
utilizados em larga escala na indústria, por volta do século XVIII. Na forma
mais primitiva, era usado o aquecimento para transformar água em vapor,
capaz de movimentar um pistão, que por sua vez, movimentava um eixo
que tornava a energia mecânica utilizável para as indústrias da época.
• Chamamos máquina térmica o dispositivo que, utilizando duas fontes
térmicas, faz com que a energia térmica se converta em energia mecânica
(trabalho).

15. MÁQUINAS TÉRMICAS
• A fonte térmica fornece uma
quantidade de calor (Q1) que no
dispositivo transforma-se em
trabalho (T) mais uma quantidade
de calor que não é capaz de ser
utilizado como trabalho (Q2).
• Assim temos:
• T = Q1-Q2

16. MÁQUINAS TÉRMICAS
• Neste caso, o fluxo de calor acontece da temperatura menor para o a
maior. Mas conforme a 2ª Lei da Termodinâmica, este fluxo não acontece
espontaneamente, logo é necessário que haja um trabalho externo, assim:

17. MÁQUINA TÉRMICA
• O rendimento de uma máquina térmica é dado pela relação entre
trabalho (T) obtido por ela e a quantidade de calor (Q1) retirada da fonte
quente, Assim temos:
• r = T / Q1
• Também podemos expressar o rendimento como:
• r = 1 – Q2/Q1
• Para sabermos o rendimento em porcentagem multiplicamos o resultado
por 100.

18. RENDIMENTO MÁXIMO
CICLO DE CARNOT
• Denominamos a maquina de Carnot a maquina térmica teórica que realiza
o ciclo ideal proposto por Sadi Carnot em 1824. Este ciclo seria composto
de quatro processos:
• Uma expansão isotérmica reversível. O sistema recebe uma quantidade de
calor da fonte de aquecimento.
• Uma expansão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as
fontes térmicas.
• Uma compressão isotérmica reversível. O sistema cede calor para a fonte
de resfriamento
• Uma compressão adiabática reversível. O sistema não troca calor com as
fontes térmicas.

19. RENDIMENTO MÁXIMO
CICLO DE CARNOT

20. RENDIMENTO MÁXIMO
CICLO DE CARNOT
• Numa máquina de Carnot, a quantidade de calor que é fornecida pela
fonte de aquecimento e a quantidade cedida à fonte de resfriamento são
proporcionais às suas temperaturas absolutas, assim:
• Q2/Q1 = T2/T1
• Outra forma de representar o rendimento máximo é:
• Rmax = 1 – T2/T1

21. BIBLIOGRAFIA
• http://goo.gl/8MfXOd
• http://goo.gl/Wckkve
• http://goo.gl/HFxmM4
• http://goo.gl/Os0Fb8
• http://goo.gl/KzgO9q
• Livro Física Básica Nicolau-Toledo-Ronaldo