Após as nossas discussões fomentada pela leitura dos artigos de (GOMES, 2015), como Você definiria Trabalho, Calor e Energia Interna?
Passo 1
O enunciado pede para definirmos, à luz dos artigos de Gomes (2015), os conceitos de trabalho, calor e energia interna em termodinâmica. Para isso, vamos recorrer à ideia de sistemas simples (por exemplo um gás num pistão, como ilustra a figura) e à primeira lei da termodinâmica, que conecta essas grandezas.
Passo 2
Energia interna é a energia total armazenada no sistema devido ao movimento e às interações das suas partículas. Num gás ideal, por exemplo, é só energia cinética das moléculas; num gás real, inclui termos de energia potencial entre elas. Como é função de estado, alterações de energia interna dependem apenas dos estados inicial e final, e escrevemos
Passo 3
Trabalho é a energia transferida quando uma força macroscópica desloca a fronteira do sistema. No caso clássico de um gás que expande ou se comprime num cilindro, o trabalho infinitesimal é
onde
é a pressão exercida sobre o pistão e
a variação de volume. Se o gás se expande
, expende trabalho; se comprime
, recebe trabalho.
Passo 4
Calor é a energia transferida entre sistema e vizinhança devido a uma diferença de temperatura, sem macroscópica atuação de força sobre fronteiras. Denotamos o calor infinitesimal recebido pelo sistema por
. Ele não é função de estado, pois depende do caminho termodinâmico seguido durante a troca térmica.
Passo 5
A primeira lei da termodinâmica reúne essas definições num balanço de energia:
onde
é o calor total recebido pelo sistema e
o trabalho total realizado pelo sistema. Essa equação diz que toda variação na energia interna vem de calor trocado ou trabalho realizado.
Resposta
Energia interna é a soma das energias microscópicas (cinética e potencial) das partículas, função de estado do sistema.
Trabalho é a energia transferida pela ação de forças macroscópicas sobre as fronteiras, tipicamente .
Calor é a energia transferida entre sistema e vizinhança por diferença de temperatura, denotado por .
Eles se relacionam pela primeira lei:
Trabalho é a energia transferida pela ação de forças macroscópicas sobre as fronteiras, tipicamente
Calor é a energia transferida entre sistema e vizinhança por diferença de temperatura, denotado por
Eles se relacionam pela primeira lei: