Calor e trabalho “são formas de energia” trocadas com o sistema. Como você pode diferenciar tais grandezas?
- Calor
é energia em trânsito, de forma espontânea, de um corpo para outro devido à diferença de temperatura entre eles.
- Trabalho
é a energia que é transferida de um sistema para outro de tal modo que a diferença de temperaturas não esteja envolvida. Essa definição é limitada e pode ser melhorada com a definição de trabalho de configuração e trabalho dissipativo.
Passo 1
O enunciado pede para diferenciar calor e trabalho, duas formas de energia em trânsito estudadas em termodinâmica. Vamos usar os conceitos de energia em trânsito, funções de processo e o fato de que calor ocorre por diferença de temperatura, enquanto trabalho envolve outras forças externas.
Passo 2
Definindo calor: calor é a energia
que flui espontaneamente entre sistema e vizinhança exclusivamente em razão de uma diferença de temperatura. Sempre que há
entre dois corpos em contato térmico, ocorre transferência de energia na forma de calor até que as temperaturas se igualem.
Passo 3
Definindo trabalho: trabalho é a energia
trocada entre sistema e vizinhança sem envolvimento direto de diferença de temperatura. Ele decorre de forças gerais (mecânicas, elétricas, magnéticas etc.) que causam deslocamentos ou mudanças de configuração do sistema, como expansão de gás contra uma pressão externa.
Passo 4
Comentando funções de processo: tanto
quanto
são variáveis de processo (path functions), isto é, dependem do caminho seguido entre dois estados termodinâmicos e não apenas dos estados inicial e final. Por isso escrevemos
e
em vez de
ou
, ao contrário de variáveis de estado como energia interna
.
Passo 5
Melhorando a definição de trabalho:
- Trabalho de configuração
: associado a mudanças em parâmetros termodinâmicos do sistema, por exemplo trabalho , trabalho de superfície ou trabalho elétrico . - Trabalho dissipativo
: energia disipada por efeitos irreversíveis, como atrito, viscosidade, resistência elétrica, que eventualmente converte-se em calor interno.
Resposta
Calor
é energia em trânsito motivada exclusivamente por diferença de temperatura; trabalho
é energia em trânsito motivada por forças gerais que provocam mudanças de configuração do sistema. Ambos são funções de processo e se distinguem pelo mecanismo de transferência: térmico para calor e mecânico/elétrico/magnético etc. para trabalho, podendo este ainda ser subdividido em trabalho de configuração e trabalho dissipativo.