( ) 47. Existem duas maneiras de variarmos a energia interna de um sistema: dando-lhe ou retirando-lhe calor ou fazendo com ele realize ou sofra trabalho. Tal expressão é uma leitura da primeira Lei da Termodinâmica, ou seja, “a variação de energia interna de um sistema é igual a diferença entre o calor trocado e o trabalho realizado pelo sistema.” Assim, ao receber uma quantidade de calor, este poderá realizar um trabalho e aumentar a energia interna do sistema. Analogamente, ao se considerar a variação da energia total do volume material com o tempo, que considera a energia interna, faz-se necessário considerar entradas e saídas de calor, além do trabalho realizado sobre o volume material devido ao deslocamento provocado no mesmo pelas forças presentes na Equação do Movimento. A afirmativa é verdadeira ou falsa?
Passo 1
O enunciado diz que “a variação de energia interna de um sistema é igual à diferença entre o calor trocado e o trabalho realizado pelo sistema” e que, ao tratarmos de um volume material, precisamos incluir tanto as trocas de calor quanto o trabalho feito pelas forças que agem no volume (obtido da Equação do Movimento). Isso é essencialmente uma interpretação da Primeira Lei da Termodinâmica aplicada a um sistema de massa fixa e depois estendida a um volume material.
Passo 2
Para um sistema de massa fixa a Primeira Lei admite a forma diferencial
onde
é o calor recebido pelo sistema e
é o trabalho realizado pelo sistema.
Isso significa que, se eu der uma quantidade de calor ao sistema, parte poderá sair como trabalho
e o resto aparecerá como variação de energia interna
.
Isso significa que, se eu der uma quantidade de calor
Passo 3
Para um volume material (controle que se deforma e se move), usamos o Teorema da Transporte de Reynolds para energia total
(energia interna
, cinética
e potencial
). A variação temporal desse total recebe contribuições de:
- Fluxo de calor através da superfície de contorno.
- Trabalho de superfície devido às tensões (pressão e viscosidade) que deslocam a fronteira do volume.
Esses termos correspondem exatamente às “entradas e saídas de calor” e ao “trabalho realizado sobre o volume material devido ao deslocamento provocado pelas forças presentes na Equação do Movimento”, como diz o enunciado.
Passo 4
Como tudo que foi descrito está de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica e sua aplicação a um volume material, a afirmativa é verdadeira.
Resposta
Verdadeira.