1° PRINCÍPIO DA TERMODINÂMICA
Retomamos a situação inicial quando o êmbolo não havia
ainda deslocado. A situação e de equilíbrio para o sistema.
“A termodinâmica é a ciência que trata das relações
entre os fenômenos mecânicos e os caloríficos”.
Trabalho Termodinâmico
É o trabalho realizado ou recebido por um gás perfeito.
Convencionamos como positivo o trabalho realizado por um
gás e como negativo aquele recebido pelo gás.
Aqui, um agente externo comprimiu o gás, realizando τ
sobre o mesmo. Portanto, o gás recebeu trabalho. Como
se nota pelo abaixamento do êmbolo.
Observe que o trabalho recebido pelo gás dependeu de
sua contração, isto é, da diminuição do seu volume. Logo,
um gás recebe trabalho quando seu volume diminui.
Um cilindro rígido de êmbolo móvel, aprisiona um gás ideal
que se encontra a uma temperatura T1. O sistema se
encontra em equilíbrio na posição que se vê na figura.
Conclusão
Fornecendo-se CALOR (energia) ao sistema, o gás aquece (T ↑) realizando então um trabalho. Este trabalho que o
gás realiza é o de “empurrar” o êmbolo mais acima, como
se nota na figura.
Observe que o trabalho realizado pelo gás dependeu de
sua dilatação, isto é, do aumento de seu volume. Logo, um
gás realiza trabalho quando seu volume aumenta.
“O trabalho termodinâmico depende da variação de
volume do gás.
Se o volume aumenta, o gás realiza trabalho. Se o
volume diminui, o gás recebe trabalho e se o volume não
varia (evolução isométrica), o gás não realiza nem recebe trabalho”.
• Trabalho realizado pelo gás (τ = +);
• Expansão (aumento de volume)
• Trabalho recebido pelo gás (τ = –);
• Compressão (diminuição de volume)
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Transformação Cíclica
Sinal do trabalho num ciclo fechado
É aquela em que o sistema volta as mesmas condições iniciais. As máquinas térmicas (qualquer que transforme calor em outra forma de energia) como o motor do automóvel, operam segundo transformações cíclicas. Considere um sistema que percorre o ciclo, representado abaixo,
saindo de (1) indo para (2) e voltando para (1).
O sinal do trabalho num ciclo fechado depende do
sentido de percurso do ciclo.
Logo:
Transformação isobárica
(pressão constante)
Seja um o gás contido em um recipiente que se dilata
através de um êmbolo móvel:
Determinando os trabalhos separadamente:
Vamos supor que o gás aplique uma força, constante
sobre o êmbolo, deslocando-o de tal modo que a pressão
no interior do recipiente permaneça constante.
τ = P.∆V
τ = trabalho
O trabalho trocado no ciclo é a soma algébrica dos trabalhos das transformações parciais. Logo:
P = pressão
∆V = Vfinal - Vinicial = variação do volume
Observação:
Esta fórmula só é válida para uma evolução isobárica,
isto é, quando P é constante. Quando o volume permanece constante (transformação isométrica), o sistema nem
recebe e nem realiza trabalho. O trabalho é nulo.
Representamos graficamente a evolução em um diagrama PxV, teríamos.
Num ciclo fechado o trabalho é graficamente representado pela Área do Ciclo.
Importante:
Observe que a variação de energia interna será nula
num ciclo, uma vez que as condições iniciais (P, V, T) coincidem com as condições finais (P, V, T).
No diagrama PxV, a área representa o trabalho.
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