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
, trabalho
e variação de energia interna
, 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
onde
é o calor fornecido ao sistema e
é o trabalho realizado pelo sistema. Em forma finita fica
Passo 3
Num processo adiabático não há troca de calor com o ambiente, ou seja,
Então da Primeira Lei segue
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),
aumenta.
Passo 4
Num processo a volume constante temos
. Como o trabalho de pressão-volume é
ele fica nulo quando
. Logo
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
Da Primeira Lei segue
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:
b) No processo adiabático não há troca de calor (
), de modo que
.
c) No processo a volume constante ( ) não há trabalho de expansão/compressão (
), de modo que
.
d) Num processo cíclico o sistema retorna ao estado inicial ( ), de modo que
.
c) No processo a volume constante (
d) Num processo cíclico o sistema retorna ao estado inicial (