( ) 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
dU = \delta Q - \delta W,
onde
\delta Q é o calor recebido pelo sistema e
\delta W é o trabalho realizado pelo sistema.
Isso significa que, se eu der uma quantidade de calor \delta Q ao sistema, parte poderá sair como trabalho \delta W e o resto aparecerá como variação de energia interna dU.

Passo 3

Para um volume material (controle que se deforma e se move), usamos o Teorema da Transporte de Reynolds para energia total E = U + K + \Phi (energia interna U, cinética K e potencial \Phi). A variação temporal desse total recebe contribuições de:
  1. Fluxo de calor através da superfície de contorno.
  2. 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.

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