Suponha que um sistema vai de i a f e perde 100 cal sob forma térmica, ao mesmo tempo que se contrai, realizando um trabalho de 200 J sobre o sistema. Qual a variação na energia interna?
Passo 1
O enunciado dá duas informações importantes sobre o sistema quando vai do estado inicial
para o final
:
- O sistema perde
calorias sob forma térmica. - O sistema se contrai, recebendo um trabalho de
(ou seja, são realizados sobre o sistema).
Vou listar os dados de forma explícita (peguei o valor das calorias e do trabalho do enunciado):
Passo 2
Explicação da lei e das convenções de sinais (a parte teórica necessária para entender e aplicar no exame).
- A primeira lei da termodinâmica (conservação da energia para um sistema fechado) pode ser escrita, na convenção em que se toma o trabalho realizado sobre o sistema como positivo, como:
- Aqui:
-
é a variação da energia interna do sistema (o que queremos calcular). -
é o calor trocado com o sistema, positivo se calor entra no sistema e negativo se sai. -
é o trabalho realizado sobre o sistema, positivo se o trabalho é feito sobre ele.
-
- Outra forma comum é usar
(trabalho feito pelo sistema) e escrever . Ambas são equivalentes; decidi usar porque o enunciado dá explicitamente o trabalho “sobre o sistema”.
Passo 3
Converter as unidades de calor de calorias para joules, porque o trabalho está em joules e precisamos trabalhar com a mesma unidade.
- Fator de conversão:
. - Como o sistema perde
, temos:
Passo 4
Substituir os valores na primeira lei e calcular a variação da energia interna.
Fazendo a soma:
Passo 5
Interpretação didática do resultado (como usar isso na prova):
- O resultado negativo significa que a energia interna do sistema diminuiu durante o processo.
- Em palavras simples: o sistema perdeu mais energia por calor do que ganhou por trabalho feito sobre ele; a perda líquida foi de
. - Dica para a prova: sempre alinhe as convenções de sinais antes de somar; converta unidades primeiro para evitar erro.