Escreva sobre a
Lei da Termodinâmica
Passo 1
O enunciado pede para apresentar e explicar a primeira lei da Termodinâmica. Esse conteúdo trata do princípio da conservação de energia aplicado a sistemas termodinâmicos, em que as trocas de calor e trabalho provocam variações na energia interna do sistema. Para resolver, vamos definir calor, trabalho, energia interna e exprimir a lei em forma matemática, discutindo convenções de sinais e aplicações básicas.
Passo 2
A primeira lei da Termodinâmica é simplesmente a aplicação do princípio geral da conservação de energia a sistemas que trocam calor e trabalho com o ambiente. Em qualquer transformação, a energia total se conserva: o que entra como calor ou trabalho altera a energia interna do sistema, mas nada se cria nem se destrói.
Escrevendo a lei em forma diferencial temos
Escrevendo a lei em forma diferencial temos
onde:
é o calor recebido pelo sistema,
é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente,
é a variação da energia interna do sistema.
Passo 3
Convenciona-se que
quando o sistema recebe calor e
quando o sistema realiza trabalho. Assim:
- Se o sistema recebe calor sem realizar trabalho (
), então , ou seja, sua energia interna aumenta. - Se realiza trabalho sem trocar calor (
), então , ou seja, sua energia interna diminui.
Passo 4
Em processos de expansão mecânica de um gás, o trabalho diferencial é
onde
é a pressão externa e
a variação de volume. Logo, para um gás ideal:
e lembrando que
de um gás ideal depende apenas da temperatura,
.
Passo 5
Aplicações rápidas:
– Isotérmico ( ):
, logo
.
– Isocórico ( ):
, logo
.
– Adiabático ( ):
, sua temperatura varia conforme o trabalho realizado.
– Isotérmico (
– Isocórico (
– Adiabático (
Resposta
A primeira lei da Termodinâmica afirma que, em qualquer processo termodinâmico, a variação da energia interna
de um sistema é igual ao calor
recebido menos o trabalho
realizado pelo sistema:\r
Isso reflete a conservação de energia: calor e trabalho são apenas formas de transferir energia, e toda energia trocada aparece como mudança na energia interna do sistema.