Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica

UFRJ – 1ª Prova – 2013.2

Considere os três processos abaixo, isolados do resto do universo.

  1. Um cubo de alumínio é colocado em um copo de água. Após algum tempo, o alumínio aumentou de tamanho e a água esfriou.
  2. Cera sólida é colocada no fundo de uma panela quente. Após algum tempo, a cera derreteu e a panela esquentou.
  3. Um motor converte em trabalho toda a energia térmica liberada pela fusão de gelo em água.

Quais destes processos violam, necessariamente, a Primeira Lei da Termodinâmica?

Passo 1

A Primeira Lei diz que a energia é conservada.

Como o sistema é isolado, todo o calor trocado entre dois corpos no sistema, pela conservação de energia, deve somar zero, pois o que um cede o outro absorve.

Vamos analisar cada um dos casos.

Caso ( I ) :

O alumínio aumentou e a água esfriou.

Para o alumínio aumentar (dilatação térmica), é necessário haver um aumento de temperatura. Logo, o alumínio recebe calor.

Como a água esfria, há uma diminuição de temperatura. Logo, a água perde calor.

Então, a energia é conservada, nesse caso: o calor que a água perde, o alumínio recebe.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Caso ( I I ) :

A cera derreteu e a panela esquentou.

Para a cera derreter (mudar de fase), ela precisa receber calor, pois está passando de estado sólido para líquido.

Como a panela esquentou, ela também recebeu calor.

Nesse caso, ambos receberam calor. Mas, como o sistema é isolado, isso é impossível!

Logo, isso contraria a conservação de energia.

Passo 3

Caso ( I I I ) :

Nesse caso, toda a energia térmica é transformada em calor.

Ok, a energia foi conservada!

Logo, o único caso que contraria a Primeira Lei é o caso ( I I ) .

Observação: Perceba que esse caso contraria outra lei, a segunda lei da termodinâmica. Caso você não saiba o que é isso, não se preocupe, são cenas dos próximos capítulos.

Resposta

Caso I I

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