Resumo de fisica: Termodinâmica

1. O que é termodinâmica?

termo = calor

dinâmica = estudo da causa do movimento

Traduzindo o conceito acima, tem-se que termodinâmica é o estudo das causas do movimento que possuem origem nas expansões gasosas ocasionadas pelo recebimento de calor.

2. Energia Interna (U)

É a energia associada à vibração dos átomos ou moléculas. Sendo assim, tem-se que a energia interna é uma grandeza diretamente proporcional à temperatura do corpo.

O cálculo da energia interna é feito em função do tipo de átomo que forma o gás em questão:

Gás MONOATÔMICO (exemplo: hélio e demais gases nobres)

$U=\frac{3}{2}\cdot n\cdot R\cdot T$

Gás DIATÔMICO (exemplo: gás oxigênio, gás hidrogênio e demais gases que são formados por dois átomos)

$U=\frac{5}{2}\cdot n\cdot R\cdot T$

Gás POLIATÔMICO (exemplo: vapor de água, gás oxônio e demais gases que são formados por três ou mais átomos)

$U=3\cdot n\cdot R\cdot T$

3. Trabalho de um gás (W)

O conceito de trabalho vem da mecânica, a qual mostra que trabalho é a capacidade de transferir energia de um corpo para outro.

O gás realiza trabalho quando ele faz uma expansão isobárica (trabalho positivo), já o gás recebe trabalho quando algum meio externo faz o gás sofrer uma compressão isobárica (trabalho negativo)

O trabalho na termodinâmica é calculado através da seguinte equação:

$W=P\cdot \Delta V$

Onde:

P = pressão do gás (no SI, em Pa, pascal)

ΔV = variação do volume (no SI, em m³)

4. Leis da Termodinâmica

1ª Lei:

A primeira lei da termodinâmica fala sobre a conservação de energia térmica: a quantidade de calor (Q) quando fornecida à um gás se converterá em realização de trabalho (W) por esse gás e em aumento das vibrações moleculares (U) do próprio gás.

A equação da 1ª lei da termodinâmica é apresentada a seguir:

$Q=W+U$

No SI, todas as grandezas dessa equação terão J (joule) como unidade de medida.

Observação: o trabalho (W) e a energia interna (U) foram vistos no início desse resumo, caso necessite relembrar quantidade de calor (Q), clique aqui e acesse nosso resumo de calorimetria.

2ª Lei:

Enunciado de Kelvin-Plank:

Em um ciclo reversível, é impossível converter todo calor em trabalho.

Enunciado de Clausis:

Em um ciclo, é impossível construir uma máquina que obtenha energia a partir de um corpo frio para um com temperatura maior.