1

1
1ª e 2a Leis da Termodinamica
2
Termodinâmica é a ciência que trata

• do calor e do trabalho
• das características dos sistemas e
• das propriedades dos fluidos termodinâmicos

3
Alguns ilustres pesquisadores que construiram a
termodinâmica
James Joule 1818 - 1889
Sadi Carnot 1796 - 1832
Emile Claupeyron 1799 - 1864
Rudolf Clausius 1822 - 1888
Wiliam Thomson Lord Kelvin 1824 - 1907
4
Contribuição de James Joule.
1839 Experimentos trabalho mecânico, eletricidade e calor.
1840 Efeito Joule Pot RI2
1843 Equivalente mecânico do calor ( 1 cal 4,18 J)
1852 Efeito Joule-Thomson decrescimo da temperatura de um gás em função da expansão sem realização de trabalho externo.
Lei da Conservação de Energia
James P. Joule (1818-1889)
Nasceu em Salford - Inglaterra
As contribuições de Joule e outros levaram ao
surgimento de uma nova disciplina a
Termodinâmica
1a Lei da Termodinâmica
5
Para entender melhor a 1a Lei de Termodinâmica
é preciso compreender as características dos
sistemas termodinâmicos e os caminhos
percorridos pelo calor...
6
Sistema Termodinâmico
Certa massa delimitada por uma fronteira.
Sistema Aberto Sistema que não troca massa com a
vizinhança, mas permite passagem de calor e
trabalho por sua fronteira.
Vizinhança do sistema. O que fica fora da
fronteira
Sistema fechado Sistema que não troca energia
nem massa com a sua vizinhança.
7
Transformação
Variáveis de estado
Variáveis de estado
P2 V2 T2 U2
P1 V1 T1 U1
Estado 1
Estado 2
Transformação
8
Processos
Caminho descrito pelo sistema na transformação
.
P1 V1 T1 U1
P2 V2 T2 U2
Processos Durante a transformação
Isotérmico temperatura constante
Isobárico Pressão constante
Isovolumétrico volume constante
Adiabático É nula a troca de calor com a vizinhança.
9
Transformações 1a Lei da Termodinâmica
Sistema Fechado
W gt 0 ? sistema realiza trabalho W lt 0 ? sistema
sofre trabalho
Q gt 0 ? sistema recebe calor Q lt 0 ? sistema
perde calor
1a Lei Q W ?U
?U U2 U1 Variação Energia Interna
10
Variação da Energia Interna
Q W ?U
Gás
Expansão nula W 0
? U Q
?T 0 ? ?U 0 ?T gt 0 ? ?U gt 0 ?T lt 0 ? ?U
lt 0
Como U é uma variável de estado, ?U não depende
do processo.
?U depende apenas de ?T.
A energia interna de um gás é função apenas da
temperatura absoluta T.
11
O calor Q que passa pelas fronteiras do sistema
depende do processo.
12
O trabalho que atravessa a fronteiradepende do
processo?
?U Q - W
W F.d
W depende de como a pressão e volume mudam no
processo.
.
F Pr.S
W Pr.S.d
?V V2 -V1
W Pr.?V
13
Diagramas P x V Gases ideais
Estado 1
1
P1
T1
Como as variáveis de estado se relacionam?
no de moles
V1
P1V1 nRT1
Equação de estado
Constante dos gases R  8,31 J/mol.K 2
cal/mol.K
14
Processo isovolumétricoTransformação a volume
constante
Q m ? CV ? (T2-T1)
Calor específico a volume constante
1ª Lei da Termodinâmica
Transformação de 1 ? 2
Q W ?U
W 0
?V 0
Volume invariável Isovolumétrica
?U Q
15
Processo isobárico
Transformação a pressão constante
calor específico a pressão constante
Q    m ?CP ?(TB - TA)
W Po? VB-VA
1ª Lei da Termodinâmica Q W ?U
16
Processo Isotérmico
Transformação à temperatura constante
Êmbolo movimentado lentamente
?U 0 ? ?T0
Q W 0
? Q W
17
Processo adiabáticoTransformação sem troca de
calor
O processo ocorre tão rapidamente que o sistema
não troca calor com o exterior.
Movimento rápido do êmbolo. Q 0
Q 0
Primeira Lei da Termodinâmica Q W ?U Q 0 ?
?U - W
W -   ?U
Compressão adiabática Trabalho transforma-se em
calor
W Área sob o grafico
18
Processos cíclicos
1.- ?Uciclo ??U 0 pois Tfinal Tinicial
2.- Qciclo ?Q
3.- Wciclo ?W área 12341
1a Lei da Termodinâmica Qciclo Wciclo
?Uciclo Qciclo   Wciclo
Wciclo gt 0 ? Qciclo ?? 0 O sentido do ciclo
no diagrama P?V   horário. O sistema recebe Q e
entrega W
19
Máquinas Térmicas
Trabalham em ciclos.
20
A máquina de Denis Papin1647 - 1712
Trabalho
Para onde a máquina rejeita calor QCold
Fonte quente
Fonte fria
De onde a máquina retira calor QHot.
Ciclo
21
Eficiência térmica 1ªLei
Em cada ciclo
?U 0
W Q1-Q2
Eficiência W/Q1 (Q1-Q2)/Q1
e 1 Q2/Q1
22
Ciclo Refrigerador
Refrigerador
12 compressão adiabática em um compressor 23
processo de rejeição de calor a pressão constante
34 estrangulamento em uma válvula de expansão
(com a respectiva queda de pressão) 41 absorção
de calor a pressão constante, no evaporador
23
Qual o limite da eficiência de uma máquina
térmica ?
e 1 Q2/Q1
Q1 ? 0
e ? 1
e ? 100
É possível construir esta máquina?
24
A máquina ideal de Carnot
Ciclo reversível
A eficiência da Máquina de Carnot No ciclo
?U0 ? W Q1 - Q2 e W/Q1
Q1-Q2/Q1    1 -  Q2/Q1   Q2/Q1 T2/T1 e
  (1 -  Q2/Q1) (1 - T2/T1) e 1 - T2/T1
BC e DA adiabáticas
Princípio de Carnot "Nenhuma máquina térmica
real, operando entre 2 reservatórios térmicos T1
e T2 , pode ser mais eficiente que a "máquina de
Carnot" operando entre os mesmos reservatórios"