Exercícios Resolvidos de Primeira Lei para Ciclos

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Enunciado

Qual é a variação de energia total de um sistema fechado após ele completar um ciclo, no qual ele libera 100   J de calor?

Passo 1

O enunciado quer saber quanto vale a diferença entre a energia total E 2 - E 1 do sistema antes e depois de ele passar por processos que fazem ele completar um ciclo! Além disso, ele informa que em um desses processos o sistema perde 100   J de calor! No entanto, o problema não informa o quanto de energia o sistema trocou nos outros processos!

Um bom primeiro passo para resolver essa questão é fazer um desenho, colocando nele os dados que temos!

Como vamos descobrir a variação da energia total E 2 - E 1 , se o problema só nos diz a quantidade de calor que o sistema troca Q ?

Nós precisamos de uma fórmula que ligue Q com E 2 - E 1 . Essa fórmula existe! Ela se chama primeira lei da termodinâmica!

Q - W = E 2 - E 1

Como nós podemos resolver essa questão, se ela não fala mais nada sobre os outros processos? Se nós não sabemos nada sobre trocas de energia por trabalho W , como podemos dizer quanto a energia total variou?

Apesar de parecer que a questão não disse nada sobre os outros processos, ela fala sobre isso de uma forma mais escondida! Como essa informação está escondida, fica difícil de perceber que ela existe!

Então em que parte do texto ela está?

A parte do texto que têm a informação que precisamos é: “após ele completar um ciclo”.

Nesse trecho, a questão diz que o sistema completa um ciclo!

E o como isso pode ajudar a gente?

É o que veremos no próximo passo!

Passo 2

Para entender como essa informação resolve a nossa vida, precisamos entender o que é um ciclo termodinâmico!

Pra ficar melhor de entender o que é um ciclo, vamos usar um exemplo!

Existem situações em que o sistema passa por vários processos e acaba voltando pro mesmo estado em que estava no início. Por exemplo: se a água for aquecida de 20   ° C até 100   ° C e depois for resfriada de 100   ° C até 20   ° C . Ela passou por dois processos. Um de aquecimento e outro de resfriamento. Mas no fim ela continuou com seus 20   ° C do início.

Chamamos essa sequência de processos que levam o sistema pro mesmo estado em que ele estava de ciclo!

Como o sistema volta para o mesma estado que ele tinha, a energia total do sistema também volta para o mesmo valor que ela tinha!

E 2 = E 1

Ou seja:

E 2 - E 1 = 0

Isso quer dizer que, quando qualquer sistema completa um ciclo termodinâmico, sua energia não varia!

Em outras palavras, os outros processos pelos quais o sistema passa fazem ele receber de volta toda a energia que ele perdeu, quando liberou calor! Essa era a informação escondida no enunciado, quando ele disse que o sistema completava um ciclo.

Resposta

E 2 - E 1 = 0

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