1 Energia interna
A energia interna U de um sistema é a soma de todas as energias cinéticas e potenciais de suas partículas (vibração, rotação, translação molecular). Para um gás ideal:
2 Primeira Lei da Termodinâmica
A Primeira Lei é a lei da conservação de energia para sistemas termodinâmicos:
A Primeira Lei proíbe a máquina de movimento perpétuo de primeira espécie: uma máquina que produza trabalho sem nenhuma fonte de energia. Energia não se cria do nada — ela vem de alguma fonte (calor, combustível, bateria etc.).
3 Processos termodinâmicos
| Processo | Constante | Consequência (1ª Lei) |
|---|---|---|
| Isotérmico | T | ΔU = 0 (gás ideal) → Q = W |
| Isobárico | P | W = P·ΔV; ΔU = Q − P·ΔV |
| Isocórico (isométrico) | V | W = 0 (sem expansão) → ΔU = Q |
| Adiabático | Q = 0 | ΔU = −W (expansão resfria o gás) |
Um gás recebe Q = 500 J e se expande realizando W = 200 J. Qual a variação de energia interna?
ΔU = Q − W = 500 − 200 = 300 J
4 Máquinas térmicas
Uma máquina térmica converte calor em trabalho operando ciclicamente entre duas fontes de temperatura:
5 Segunda Lei da Termodinâmica
A Segunda Lei estabelece a irreversibilidade dos processos naturais. Ela pode ser enunciada de várias formas equivalentes:
Calor não flui espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente. Só com trabalho externo (refrigerador, ar-condicionado).
É impossível construir uma máquina que opere em ciclo, absorva calor de uma única fonte e converta todo esse calor em trabalho. Sempre há rejeição de calor.
A Segunda Lei proíbe a máquina de movimento perpétuo de segunda espécie: uma máquina que retire calor do oceano (ou do ar) e converta 100% em trabalho sem rejeitar calor em nenhum lugar. Isso violaria a Segunda Lei — o rendimento real sempre é menor que 100%.
A grandeza associada à irreversibilidade é a entropia S. Em processos espontâneos, a entropia do universo sempre aumenta:
6 Ciclo de Carnot e rendimento máximo
O ciclo de Carnot é o ciclo reversível mais eficiente possível operando entre duas temperaturas. Seu rendimento é o limite superior para qualquer máquina real:
Motor opera entre T_H = 500 °C (773 K) e T_C = 50 °C (323 K). Qual o rendimento máximo?
η_Carnot = 1 − T_C/T_H = 1 − 323/773 = 1 − 0,418 = 58,2%
Um motor real operando nestas temperaturas teria rendimento menor que 58,2%.
7 Calculadora
🧮 1ª Lei: ΔU = Q − W
Deixe um campo em branco para calcular.
🧮 Rendimento de Carnot
8 Resumo
O que você aprendeu
- 1ª Lei: ΔU = Q − W. A energia se conserva — não se cria nem se destrói.
- Processos: isotérmico (ΔU=0), isobárico (W=PΔV), isocórico (W=0), adiabático (Q=0).
- Máquina térmica: W = Q_H − Q_C. Rendimento: η = W/Q_H.
- 2ª Lei: calor não flui espontaneamente do frio para o quente. Nenhuma máquina é 100% eficiente.
- Entropia: mede a irreversibilidade. ΔS_universo ≥ 0 em todo processo.
- Rendimento de Carnot: η = 1 − T_C/T_H — limite superior de qualquer máquina real.