um ramo da física que estuda o intercâmbio e a transformação de energia em sistemas macroscópicos, especialmente em forma de calor e trabalho
Fórmula para a energia interna de um gás ideal monoatômico: U = (3/2)·n·R·T = (3/2)·p·V — depende da quantidade de substância, temperatura, pressão e volume
A energia interna é a energia cinética de todas as partículas dentro do sistema. As fórmulas são aplicáveis a um gás ideal monoatômico. Para um caso mais geral, utiliza-se U = (i/2)·n·R·T, onde i é o número de graus de liberdade.
Fórmula para a mudança na energia interna: ΔU = (3/2)·(m/μ)·R·ΔT para um gás monoatômico ou ΔU = (i/2)·(m/μ)·R·ΔT para qualquer gás ideal com i graus de liberdade
A fórmula dá a mudança na energia interna durante o aquecimento ou resfriamento. A primeira expressão é para um gás monoatômico, a segunda é uma forma universal. ΔT — mudança na temperatura; i — número de graus de liberdade da substância.
Fórmula para o trabalho do gás durante a mudança de volume: A = p·ΔV — produto da pressão e a mudança de volume
O trabalho é positivo se o sistema se expande (ΔV > 0). Esta expressão é válida à pressão constante.
Primeira lei da termodinâmica: Q = ΔU + A — a quantidade de calor transferida ao sistema destina-se a mudar sua energia interna e a realizar trabalho
O calor Q recebido pelo sistema destina-se a mudar sua energia interna ΔU
e a realizar trabalho A contra as forças externas.
Se Q > 0 — o calor entra no sistema; Q < 0 — o sistema perde calor.
A > 0 — o sistema se expande e realiza trabalho; A < 0 — o sistema se comprime.
Fórmula para a quantidade de calor: Q = c·m·ΔT ou Q = C·n·ΔT — depende da massa ou quantidade de substância, da capacidade calorífica e da mudança de temperatura
As fórmulas são utilizadas para calcular o calor durante o aquecimento de uma substância: c — calor específico, m — massa, C — capacidade calorífica molar, n — quantidade de substância. ΔT — diferença de temperatura (final menos inicial).
Fórmula para a eficiência de uma máquina térmica: η = A / Q₁ = (Q₁ - Q₂) / Q₁ = 1 - Q₂ / Q₁ — mostra qual fração do calor recebido é convertida em trabalho útil
A eficiência é a fração do calor recebido que é convertida em trabalho útil. Q₁ — quantidade de calor recebida da fonte quente; Q₂ — quantidade de calor cedida para a fonte fria. Quanto menor Q₂, maior será a eficiência da máquina.
Fórmula para a eficiência do ciclo de Carnot: η = (T₁ - T₂) / T₁ = 1 - T₂ / T₁ — máxima eficiência teórica de uma máquina térmica que opera entre duas temperaturas
O ciclo de Carnot é um processo reversível ideal que consiste em duas etapas isotérmicas e duas adiabáticas. Sua eficiência depende apenas das temperaturas da fonte quente (T₁) e da fonte fria (T₂), e não da natureza da substância de trabalho. A fórmula mostra a máxima eficiência teórica alcançável em temperaturas dadas.
Fórmula para a quantidade de calor durante a fusão ou congelamento: Q = λ·m — produto do calor latente específico de fusão e a massa da substância
λ — calor latente específico de fusão (ou cristalização); m — massa da substância. A fórmula dá a quantidade de calor necessária para uma transição entre estados sólido e líquido a temperatura constante.
Fórmula para a quantidade de calor durante a vaporização ou condensação: Q = r·m — produto do calor latente específico de vaporização (ou condensação) e a massa da substância
r — calor latente específico de vaporização (ou condensação); m — massa da substância. O calor não é utilizado para o aquecimento, mas para mudar o estado de agregação — de líquido a gás ou vice-versa.