Como o princípio da conservação da energia se relaciona com a primeira lei da termodinâmica?

Passo 1

O enunciado pergunta como o princípio da conservação da energia (que diz que “energia não se cria nem se destrói, apenas se transforma”) se relaciona com a primeira lei da termodinâmica. O conteúdo é termodinâmica básica: nós vamos precisar dos conceitos de energia interna, calor e trabalho para ver como a primeira lei expressa esse princípio de conservação.

Passo 2

O princípio da conservação da energia, em termos gerais, afirma que num sistema isolado a soma total de todas as formas de energia permanece constante. Se algo sai ou entra, só pode ser por meio de energia trocada com o ambiente, seja como trabalho ou como calor.

Passo 3

A primeira lei da termodinâmica é justamente a aplicação desse princípio a um sistema termodinâmico fechado (sem troca de massa). Ela estabelece que a variação da energia interna De<a U do sistema é igual à diferença entre o calor Q recebido e o trabalho W realizado pelo sistema sobre o meio externo:
De<a U = Q - W

Passo 4

Comparando:
– O termo De<a U representa o “estoque interno de energia” do sistema.
– O calor Q e o trabalho W são as duas únicas formas de transferência de energia entre sistema e vizinhança.
Logo, a equação De<a U = Q - W expressa exatamente que toda energia que entra como calor ou sai como trabalho fica refletida na energia interna, sem criação nem destruição — ou seja, é o princípio da conservação de energia aplicado a processos térmicos.

Resposta

A primeira lei da termodinâmica é a formulação do princípio da conservação da energia para sistemas termodinâmicos, resumida em
De<a U = Q - W,
onde toda energia trocada como calor e trabalho aparece como variação da energia interna.

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