Primeira Lei da Termodinâmica
MC Escher - Metamorphosis II
Em um processo termodinâmico de equilíbrio, o estado de um
sistema se transforma gradualmente. A energia total do universo
permanece inalterada...
Primeira Lei da Termodinâmica
A energia flui entre a vizinhança e o sistema nas formas de calor e trabalho.
O Calor fornecido para o sistema e o Trabalho realizado pelo sistema
serão definidos como positivos. (atenção: alguns autores usam definição
diferente)
Trabalho realizado em uma variação de volume
W   F  dx 
 pA dx   p dV
O trabalho realizado pelo sistema é dado pela área sob a curva pV.
Ele depende do processo (caminho) e pode ser positivo ou negativo.
V2
W 
V1
p dV
Energia Interna e a Primeira Lei da Termodinâmica
O fluxo de energia entre a vizinhança e o sistema
altera a energia interna deste.
U 2  U1  U  Q  W
(1a lei)
Q e W dependem do caminho (processo). U
depende apenas do estado do sistema!
Relações energéticas para processos
termodinâmicos
U  Q  W

-Em um processo cíclico
-Em um processo adiabático
-Em um processo isocórico
-Para um sistema isolado
-Em um processo isobárico
-Em um processo isotérmico
U = 0
Q=0
W= 0
W=Q=0
W = p V
...
Q=W
U = -W
U = Q
U = 0
...
...
Energia interna de um gás ideal e a expansão livre
Na expansão livre de um gás ideal (gás real a baixa pressão), o volume e a
pressão se alteram, mas não a temperatura.
Por se tratar de um processo isolado, a energia interna não varia e só
pode depender da temperatura: U(T)
Tipos de processos de um gás ideal
Calor específico de um gás ideal
Processo isocórico
W  0;
Q  nCV T
 U  nCV T
Processo isobárico
W  pV  nRT ;
Q  nCp T
 U  n(C p  R)T
logo
C p  CV  R
Q  0;
U  nCV T
 W  nCV T  pV 
nRT
V
V
assim
C p  CV V
R V
V


   1
T
CV V
CV
V
V
T
com
 
Cp
CV . Integrando:
ln(T2 / T1 )    1 ln(V2 / V1 ) 
ln(TV  1 )  cte  TV  1  cte ou
pV  1
TV  1 
V
 pV   cte
nR
E finalmente
W  U  nCV (T2  T1 )  CV  p2V2  p1V1  / R 
 p1V1  p2V2  /(  1)
Processo adiabático de um gás ideal / Trabalho