O que é Termodinâmica?

O resumo sobre Termodinâmica que vai salvar a sua prova da escola ou do vestibular está te esperando bem aqui.

Termodinâmica é parte da Física que estuda as leis que regem as relações entre calor, trabalho e outras formas de energia, mais especificamente a transformação de um tipo de energia em outra, a disponibilidade de energia para a realização de trabalho e a direção das trocas de calor.

Para entendermos a Termodinâmica, alguns conceitos têm que estar bem estruturados em nossas cabeças. São eles:

  • Temperatura: grau de agitação das moléculas.
  • Calor: troca de energia térmica entre os corpos.
  • Energia: capacidade de um corpo em realizar trabalho

Transformações

Na Termodinâmica estudaremos, basicamente, os gases. Os tipos de transformações que os gases podem sofrer são:

  • Isobárica: pressão constante (“bar” é uma unidade de pressão)
  • Isovolumétrica ou Isocórica: volume constante
  • Isotérmica: temperatura constante
  • Adiabática: transformação sem troca de calor com o meio externo

Trabalho de um gás ideal (W)

Um gás contido num recipiente indeformável com um êmbolo é aquecido. Como as moléculas estarão mais agitadas, ocorrerá a expansão do gás.

Utilizando a equação do trabalho (W=F.d), a equação da pressão (p=F/A) e a equação de Clapeyron (PV=nRT), chegamos à seguinte equação para o trabalho em um gás:

Onde p é a pressão do gás (que deve ser constante para este tipo de análise) e ΔV é a variação do volume do gás (ΔV=d.A).

Note que, para este tipo de estudo do trabalho em um gás, a pressão deve ser constante (transformação isobárica).

  • O gás sofre uma expansão quando W>0 e, obrigatoriamente, ΔV>0.
  • O gás sofre uma contração quando W<0 e, obrigatoriamente, ΔV<0.
  • Se W=0 temos, obrigatoriamente, ΔV=0 (transformação isovolumétrica).

Calor

  • Se o gás recebe calor: Q>0
  • Se o gás cede calor: Q<0
  • Se não ocorre troca de calor: Q=0 (transformação adiabática).

OBS.: Nas questões onde aparecer que a transformação foi muito rápida, brusca, instantânea ou algo do tipo, considerar que a transformação é adiabática.

Energia Interna (ΔU)

É soma de todas as energias das moléculas do gás. Está relacionada à agitação das moléculas do gás, ou seja, relacionado à temperatura do gás.

  • Agitação (temperatura) das moléculas aumenta (ΔT>0): energia interna aumenta, ΔU>0
  • Agitação (temperatura) das moléculas diminui (ΔT<0): energia interna diminui, ΔU<0
  • Agitação (temperatura) das moléculas não muda (ΔT=0, transformação isotérmica): energia interna não muda, ΔU=0

Primeira Lei da Termodinâmica

Lei que relaciona a energia interna, quantidade de calor e trabalho de um gás:

Dica: Pense que o calor é como a comida que você ingere para te dar energia e o trabalho é a energia que você gasta para realizar as tarefas diárias (andar, estudar, trabalhar, etc). A energia interna será o saldo de energia ao final do dia (por exemplo, a gordura, no caso de a quantidade de energia da alimentação ser maior que a energia gasta ao durante o dia).

A Segunda Lei da Termodinâmica, estudo sobre as Máquinas Térmicas, terá um resumo próprio. Fique ligado!

Exercícios

1. (UFSCAR) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a qual

a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.

b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.

c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna.

d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna.

e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.

2. (IME) Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica, seguida de uma compressão adiabática. A variação total da energia interna do gás poderá ser nula se, dentre as opções abaixo, a transformação seguinte for uma:

a) compressão isotérmica.

b) expansão isobárica.

c) compressão isobárica.

d) expansão isocórica.

e) compressão isocórica.

3. (PUC) Um gás ideal sofre uma compressão isobárica tal que seu volume se reduz a 2/3 do inicial. Se a temperatura inicial do gás era de 150 °C, a temperatura final, em °C, é:

a) 225

b) 50,0

c) 100

d) 9,00

e) 362

Gabarito

1. A

2. C

3. D

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