Sobre a Primeira Lei da Termodinâmica: a) Enuncie a Primeira Lei da Termodinâmica; b) Explique o processo adiabático; c) Explique o processo a volume constante; d) Explique o processo cíclico.

Passo 1

O enunciado pede quatro coisas sobre termodinâmica: (a) o enunciado da Primeira Lei; (b) o que é um processo adiabático; (c) o que ocorre num processo a volume constante; (d) o que é um processo cíclico. Vamos usar a formulação energética em termos de calor Q, trabalho W e variação de energia interna \Delta U, lembrando que energia interna é função de estado.

Passo 2

A Primeira Lei da Termodinâmica é a conservação de energia aplicada a sistemas termodinâmicos. Em forma diferencial usamos
\mathrm{d}U = \delta Q - \delta W
onde \delta Q é o calor fornecido ao sistema e \delta W é o trabalho realizado pelo sistema. Em forma finita fica
\Delta U = Q - W.

Passo 3

Num processo adiabático não há troca de calor com o ambiente, ou seja,
Q = 0.
Então da Primeira Lei segue
\Delta U = -\,W.
Isso significa que qualquer trabalho realizado pelo sistema faz a sua energia interna (e normalmente a temperatura) diminuir; inversamente, se o sistema recebe trabalho (compressão), \Delta U aumenta.

Passo 4

Num processo a volume constante temos \Delta V=0. Como o trabalho de pressão-volume é
W = \int P\,\mathrm{d}V,
ele fica nulo quando \mathrm{d}V=0. Logo
W = 0 \quad\Longrightarrow\quad \Delta U = Q.
Ou seja, todo o calor fornecido ao sistema vai diretamente para mudar sua energia interna.

Passo 5

Num processo cíclico o sistema retorna ao estado inicial ao final da transformação, logo
\Delta U = 0.
Da Primeira Lei segue
0 = Q - W \quad\Longrightarrow\quad Q = W.
Isso quer dizer que, no ciclo completo, o calor total recebido pelo sistema faz exatamente o trabalho total realizado por ele.

Resposta

a) A Primeira Lei da Termodinâmica enuncia que a variação da energia interna do sistema é igual ao calor recebido menos o trabalho realizado pelo sistema:
\Delta U = Q - W.
b) No processo adiabático não há troca de calor ( Q=0), de modo que \Delta U = -W.
c) No processo a volume constante ( \Delta V=0) não há trabalho de expansão/compressão ( W=0), de modo que \Delta U = Q.
d) Num processo cíclico o sistema retorna ao estado inicial ( \Delta U=0), de modo que Q = W.

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