- (UECE) Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, o balanço de energia de um dado sistema é dado em termos de três grandezas:
a) a pressão, volume e temperatura.
b) calor, energia interna e volume.
c) trabalho, calor e energia interna.
d) trabalho, calor e densidade.
a) a pressão, volume e temperatura.
b) calor, energia interna e volume.
c) trabalho, calor e energia interna.
d) trabalho, calor e densidade.
Passo 1
O enunciado pede que se escolha, dentre as alternativas dadas, quais são as três grandezas que aparecem no balanço de energia segundo a primeira lei da termodinâmica. As alternativas são:
- (a) pressão, volume e temperatura.
- (b) calor, energia interna e volume.
- (c) trabalho, calor e energia interna.
- (d) trabalho, calor e densidade.
Passo 2
Escrever a forma matemática mais usada da primeira lei, para um sistema fechado (sem variação de massa):
Explanação das notações:
-
é a variação da energia interna do sistema (unidade: joule, ). Representa a energia armazenada microscopicamente (energia cinética e potencial das moléculas, modos vibracionais, etc.). -
é o calor trocado com o ambiente (positivo quando entra no sistema). -
é o trabalho realizado pelo sistema sobre o entorno (positivo quando o sistema realiza trabalho).
Passo 3
Explicar por que essas três são as grandezas fundamentais no balanço:
- A primeira lei é um balanço de energia: a energia interna do sistema muda porque foi recebida por calor e/ou porque saiu como trabalho. Por isso os termos envolvidos são exatamente
, e . - A pressão
e o volume não aparecem isolados na forma geral da primeira lei; eles aparecem dentro do termo trabalho quando o trabalho é do tipo pressão–volume. Nesse caso o trabalho vale
ou, em processo simples e quase-estático de
a
,
. Logo
e
servem para calcular
, mas não substituem
nem são os três termos do balanço.
Passo 4
Analisar as alternativas para eliminar as incorretas:
- (a) pressão, volume e temperatura: são variáveis de estado importantes, mas não são os três termos do balanço de energia. Errado.
- (b) calor, energia interna e volume: aqui falta o trabalho
(ou seja, trocaram por ). Errado, pois sozinho não representa o trabalho. - (d) trabalho, calor e densidade: a densidade não faz parte da declaração fundamental da primeira lei; portanto errado.
- (c) trabalho, calor e energia interna: são exatamente os três termos que aparecem na relação
. Correto.
Passo 5
Dar um exemplo prático para fixar (didático e simples):
- Processo a volume constante (
): então . A primeira lei fica . Ou seja, todo calor trocado muda a energia interna — isso mostra claramente por que o termo trabalho é distinto do volume. - Processo à pressão constante: o trabalho não é zero e deve ser calculado por
. A primeira lei continua sendo .
Resposta
(c) trabalho, calor e energia interna.