TERMODINÂMICA – 1ª LEI

ENERGIA INTERNA

A energia interna (U) de um gás perfeito é a energia cinética total média de suas moléculas, conhecida como teoria cinética dos gases. Experimentalmente é possível perceber que a energia cinética das moléculas de diferentes gases depende apenas da temperatura e claro, do número de moléculas existentes.

Podemos afirmar que um gás sofreu uma variação de sua energia interna quando houver uma variação de temperatura. Para um gás monoatômico vale a relação:

Para um gás diatômico, os graus de liberdade das moléculas aumentam, alterando a energia cinética média das moléculas. Agora, além dos movimentos de translação, as moléculas possuem movimento de rotação associados, contribuindo com o aumento dessa energia. Com isso, para um gás diatômico, temos:

Como a variação de energia interna de um gás é função da variação de temperatura é bom que tenhamos estas relações:

TRABALHO DE UM GÁS

Dizemos que um gás realizou trabalho ou sofreu trabalho quando, contido em um recipiente, ele tem seu volume expandido ou comprimido.

O trabalho de um gás pode ser calculado pelo produto da pressão média exercida sobre o gás pela variação de volume, depois de ter sido deduzido de sua definição mecânica como o produto da força paralela pelo deslocamento, sendo no caso termodinâmico a força exercida pelo/sobre o gás e o deslocamento do êmbolo de um pistão.

Mas  e 

t = p. A . ∆h

Como 

Podemos perceber que o trabalho poderá ser positivo ou negativo, dependendo da variação de volume.

Se o volume final for maior que o volume inicial, o gás sofreu uma expansão, o trabalho é positivo e dessa forma diremos que foi realizado trabalho pelo gás.

Se o volume final for menor que o volume inicial, o gás sofreu uma compressão, o trabalho será negativo e diremos que o trabalho foi realizado sobre o gás.

Obviamente, não havendo variação de volume, não haverá trabalho realizado.

Resumindo:

 Expansão: o trabalho foi realizado pelo gás.

 Compressão: o trabalho foi realizado sobre o gás.

 Transformação Isométrica, não há realização de trabalho.

Outra maneira de se calcular o trabalho realizado ou sofrido por um gás é através do gráfico da pressão em função do volume (P x V). A área abaixo da curva representa o trabalho.

1ª LEI DA TERMODINÂMICA

A quantidade de calor trocado com o meio externo Q é igual à soma algébrica do trabalho realizado pelo gás ou sobre gás com a variação de energia interna do gás.
A primeira Lei da Termodinâmica ou Princípio da conservação de energia afirma que um gás ao receber uma certa quantidade de calor, que é uma forma de energia, utiliza esta energia de duas maneiras: realizando trabalho e variando sua energia interna. O contrário também é válido, isto é, sofrendo trabalho e tendo sua energia interna reduzida, o gás libera energia ao meio externo.

Algebricamente:

Sobre o calor trocado Q teremos também os sinais positivo e negativo:

calor recebido pelo gás

calor cedido pelo gás