Explique o significado dos termos e dê exemplos:
1{ }^{\mathrm{a}} Lei da Termodinâmica

Passo 1

O enunciado pede para explicarmos a 1ª Lei da Termodinâmica, que é basicamente o princípio da conservação de energia aplicado a sistemas termodinâmicos. Para isso, vamos precisar definir três termos fundamentais: a variação da energia interna \Delta U, o calor Q e o trabalho W.

Passo 2

Definimos a energia interna U de um sistema como a soma de todas as energias microscópicas das suas partículas (energia cinética, potencial intermolecular etc.). A variação dessa energia, \Delta U, mede quanto a “energia armazenada” no sistema muda entre um estado inicial e um estado final.
Exemplo: num gás ideal, U é proporcional à temperatura T. Se aquecermos o gás e sua temperatura subir de T_1 para T_2, então
\Delta U = \frac{f}{2}nR\,(T_2 - T_1),
onde f é o número de graus de liberdade, n o número de mols e R a constante universal dos gases.

Passo 3

Chamamos de calor Q a energia que entra ou sai de um sistema exclusivamente por diferença de temperatura entre o sistema e a vizinhança. Por convenção, Q>0 quando calor é fornecido ao sistema e Q<0 quando o sistema perde calor.
Exemplo: água sendo aquecida num fogão recebe Q>0; um copo de água quente num ambiente frio perde calor, então Q<0.

Passo 4

Chamamos de trabalho W a energia transferida quando o sistema exerce ou recebe força que leva a um deslocamento macroscópico. Em termodinâmica de gases, o mais comum é o trabalho de expansão/compressão:
W = \int_{V_i}^{V_f} p\,dV,
onde p é a pressão e V o volume. Por convenção, W>0 se o sistema realiza trabalho (expansão) e W<0 se o trabalho é feito sobre o sistema (compressão).
Exemplo: num pistão, se o gás empurra o êmbolo para fora, ele realiza trabalho W>0; se alguém comprime o êmbolo, faz-se W<0.

Passo 5

A 1ª Lei da Termodinâmica diz que a variação da energia interna é igual ao calor recebido menos o trabalho realizado pelo sistema:
\Delta U = Q - W.
Isso expressa a conservação de energia: o que entra como calor ou trabalho altera a energia interna.

Passo 6

Dois exemplos de aplicação imediata:
  1. Processo isocórico V constante): não há trabalho de expansão, W=0, logo
\Delta U = Q.
Se aquecermos o gás num recipiente rígido, todo o calor Q vai para aumentar sua energia interna.
2. Processo adiabático (não há troca de calor, Q=0:
\Delta U = -W.
Ao comprimir adiabaticamente o gás, fazemos W<0, logo \Delta U>0 e a temperatura aumenta.

Resposta

A 1ª Lei da Termodinâmica é a equação
\Delta U = Q - W,
onde \Delta U é a variação da energia interna, Q é o calor trocado e W o trabalho realizado. Exemplos típicos são processos isocóricos \Delta U=Q e adiabáticos \Delta U=-W.

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