Princípios da Termodinâmica

De acordo com o princípio da Conservação da Energia, a energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra. O primeiro princípio da Termodinâmica estabelece uma equivalência entre o trabalho e o calor trocados entre um sistema e seu meio exterior.

Consideremos um sistema recebendo uma certa quantidade de calor Q. Parte desse calor foi utilizado para realizar um trabalho t e o restante provocou um aumento na sua energia interna U.

A expressão U = Q - t

Representa analíticamente o primeiro princípio da termodinâmica cujo enunciado pode ser:

A variação da energia interna de um sistema é igual à diferença entre o calor e o trabalho trocados pelo sistema com o meio exterior.

Para a aplicação do primeiro princípio de Termodinâmica devem-se respeitar as seguintes convenções:

Q > 0: calor recebido pelo sistema.

Q <>

t > 0: volume do sistema aumenta.

t <>

U > 0: temperatura do sistema aumenta.

U <>

- Transformações Termodinâmicas Particulares:

a) Transformação iostérmica: Como a temperatura do sistema se mantém constante, a variação da energia interna é nula.

Por exemplo, considere um gás sofrendo uma expansão isotérmica conforme mostra as figuras.

A quantidade de calor que o gás recebe é exatamente igual ao trabalho por ele realizado. A área sombreada sob a curva é numericamente igual ao trabalho realizado.

• Transformação isométrica : como o volume do sistema se mantém constante, não há realização de trabalho.

Todo o calor trocado com o meio externo é transformado em variação da energia interna.

Se o sistema recebe calor:

Q > 0 ==> U > 0: temperatura aumenta se o sistema recebe calor.

Q > 0 ==> U <>

• Transformação isobárica: Numa transformação onde a pressão permanece constante, a temperatura e o volume são diretamente proporcionais, ou seja, quando a temperatura aumenta o volume também aumenta.

U > 0 Þ temperatura aumenta

T < 0 ="="> volume aumenta

Parte do calor que o sistema troca com o meio externo está relacionado com o trabalho realizado e o restante com a variação da energia interna do sistema.

• Transformação adiabática: Nessa transformação, o sistema não troca calor com o meio externo; o trabalho realizado é graças à variação de energia interna.

Numa expansão adiabática, o sistema realiza trabalho sobre o meio e a energia interna diminui.

Expansão adiabática ocorre um abaixamento de temperatura.

Durante a compressão adiabática, o meio realiza trabalho sobre o sistema e a energia interna aumenta.

Ocorre uma elevação de temperatura.

- Transformação Cíclica:

Denomina-se transformação cíclica ou cilo de um sistema o conjunto de transformações sofridas pelo sistema de tal forma que seus estados final e inicial são iguais.

Como a temperatura final é igual à temperatura inicial, a energia interna do sistema não varia, havendo uma igualdade entre o calor e o trabalho trocados em cada ciclo.

Num diagrama p x V uma transformação cíclica é representada por uma curva fechada. A área interna do ciclo é numericamente igual ao trabalho total trocado com o meio exterior.

Quando o ciclo é percorrido no sentido horário, o sistema recebe calor e realiza tabalho; e no sentido anti-horário o sistema cede calor e recebe trabalho.