Primeira Lei da Termodinâmica

Resumo

Fala aí, bora começar a entender a primeira Lei da Termodinâmica?

Para começarmos a falar da primeira lei da termodinâmica é preciso primeiro entender três conceitos: trabalho, calor e energia interna.

Trabalho

Imagina que temos um balde de tinta parado no chão, ou seja, a sua velocidade é zero e portanto sua energia cinética é zero também. Mas, precisamos tirar o balde de tinta dali e pra isso começamos a arrastá-lo até que ele atinge uma velocidade de $2~m/s$ e nessa situação a eneria cinética do bloco é a seguinte:

$$E_c=\frac{mv^2}{2}=\frac{2^2~m}{2}=2m$$

A energia do bloco passou de zero para 2 vezes a sua massa.

O QUE? Como isso é possível? De onde veio essa energia a mais?

Calma, calma. A energia sempre se conserva, o que aconteceu é que quando a gente aplicou uma força no balde para arrastá-lo a agente transferiu energia para o bloco e por isso ele ficou com uma energia maior, sacou?

E é exatamente isso que chamamos de trabalho, a transferência de energia entre corpos devido a atuação de uma força.

Agora uma observação importante:

Quem empurra o balde é quem realiza o trabalho. Assim, podemos dizer que a pessoa realizou trabalho sobre o balde.

O trabalho recebe sinais matemáticos diferentes dependendo do corpo que estamos olhando. Se olhar para a pessoa que empurrou, o trabalho é positivo, mas se olharmos o balde, o trabalho é negativo.

Lembra que o trabalho é sempre positivo "em quem" realiza o trabalho e é negativo "em que sofre" o trabalho.

Outra coisinha: Representamos o trabalho com a letra $W$.

Calor

O calor é uma forma de transferência de energia, assim como o trabalho, mas esse ocorre devido a diferença de temperatura entre os corpos.

Imagina que você acabou de fazer um arroz bem gostoso, a panela ainda está quente e você precisa lavar. O que você faz primeiro?

Coloca a panela na pia e joga aguá fria nela, não é mesmo? Você sabe que isso funciona, que a panela vai esfriar e você vai conseguir lavar. Mas porque isso acontece?

Isso acontece justamente porque a diferença de temperatura entre a água e a panela impulsiona a transferência de energia na forma de calor e assim, a panela sede energia para a água até que as duas fiquem com temperaturas iguais.

Legal saber que a termodinâmica está nas coisas mais simples do nosso dia a dia, não é?

Ahhh importante: Usamos a letra $Q$ para representar calor.

Energia Interna

Esse conceito aqui é bem rapidinho.

Energia interna é toda a energia armazena em um sistema. Imagina então que uma panela com água é o nosso sistema. A energia interna do sistema é toda a energia que está armazenada ali dentro, belezinha?

Usamos a letra $U$ maiúscula para representar a energia interna

Agora sim podemos falar sobre a 1° lei da termodinâmica.

Primeira Lei da Termodinâmica

Agora sim vamos ao que interessa!! hahaha

A primeira lei da termodinâmica é a lei da conservação da energia.

Como assim?

Olha, a gente sabe que energia não se cria, nem se perde, ela se conserva. Então, imagina que estamos analisando um sistema e inicialmente ele tinha uma energia interna $U_0$. Depois de um tempo ele passa a ter a energia interna $U_t$.

Se a energia se conserva a única maneira da energia interna do sistema se modificar é através da transferência de energia. Desse modo, o sistema pode perder ou ganhar energia na forma de calor ou trabalho.

E é exatamente isso que diz a primeira lei, que a variação de energia interna $(\Delta U)$ ocorre devido a uma soma da energia transferida por calor e a energia transferida por trabalho.

Matematicamente, temos:

$$\Delta U=Q-W$$

Então, pensa comigo:

  • A energia interna aumenta quando o sistema "sofre" trabalho $(W<0)$ e absorve calor;
  • A energia interna diminui quando o sistema realiza trabalho $(W>0)$ e cede calor;

Tranquilo, não é mesmo?

Mas não acaba por aqui não hahaha

Tem muitas outras coisas que você pode aprender sobre trabalho, calor e primeira lei da termodinâmica. E sabe qual é o melhor? Você não precisa ficar procurando por aí todo esse conteúdo, porque nós temos tudoooo aquiii...

Só confere o nosso Raio-X aqui em seguida, veja o nosso conteúdo todo organizado e separado, pensando sempre no melhor para seu estudo e aprendizado. Eu tenho certeza que não vai se arrepender 😉 👇🏽

Raio-X