Escreva sobre a 1^ 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
dU = de<a Q - de<a W
onde:
de<a Q é o calor recebido pelo sistema,
de<a W é o trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente,
dU é a variação da energia interna do sistema.

Passo 3

Convenciona-se que de<a Q>0 quando o sistema recebe calor e de<a W>0 quando o sistema realiza trabalho. Assim:
  • Se o sistema recebe calor sem realizar trabalho ( de<a W=0), então dU=de<a Q>0, ou seja, sua energia interna aumenta.
  • Se realiza trabalho sem trocar calor ( de<a Q=0), então dU=-de<a W<0, ou seja, sua energia interna diminui.

Passo 4

Em processos de expansão mecânica de um gás, o trabalho diferencial é
de<a W = p,dV
onde p é a pressão externa e dV a variação de volume. Logo, para um gás ideal:
dU = de<a Q - p,dV
e lembrando que U de um gás ideal depende apenas da temperatura, dU = CV,dT.

Passo 5

Aplicações rápidas:
– Isotérmico ( dT=0): dU=0, logo de<a Q=de<a W.
– Isocórico ( dV=0): de<a W=0, logo dU=de<a Q.
– Adiabático ( de<a Q=0): dU=-de<a W, sua temperatura varia conforme o trabalho realizado.

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
\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.

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