Primeira  Lei da Termodinâmica
Autor: Diário de Estudante - Vivendo e Aprendendo | Publicado: 2010-06-27T11:33:00-07:00

Antes de começar, temos que revisar alguns conceitos:Energia Interna é soma de todas as energias que existem em um gás.Trabalho é a energia em trânsito entre dois corpos devido à ação de uma força.Calor é a energia transferida de um corpo para outro em virtude, unicamente, de uma diferença de temperatura entre eles.ΔU = Variação de Energia InternaT = TrabalhoQ = Calor
Fórmula da 1ª Lei da Termodinâmica:ΔU= Q - T
(Em palavras, podemos dizer que, a variação da energia interna de um sistema é a diferença entre a quantidade de calor recebida ou cedida e o trabalho realizado sob ou pelo sistema -&nbsp;Quando uma quantidade de calor Q é absorvida [Q positivo] ou cedida[Q negativo] por um sistema e um trabalho T é realizado por este sistema[T positivo] ou sobre ele[T negativo])
Exemplos:1)&nbsp;O sistema absorve 100 cal de calor e realiza um trabalho de 200J. Calcule a variação de energia interna do sistema:Dados que tenho:Q=&nbsp;100 cal - mas como o valor tem que estar em&nbsp;joules, multiplico por 4,18; pois 1 cal=4,18J; então temos -&nbsp;418 JT= 200 J&nbsp;(positivo)Obedecendo a fórmula:&nbsp;ΔU=Q-T, podemos chegar a conclusão que:ΔU= 418 - 200ΔU= 218J&nbsp;(Então, pode-se dizer que a energia interna do sistema aumentou 218J)
2)&nbsp;O sistema absorve 100 cal de calor e um trabalho de 200J é realizado sobre ele.Calcule a variação de energia interna do sistema:Dados que tenho:Q=&nbsp;100 cal - como no exercício anterior, multiplico por 4,18 -&nbsp;418 JT= - 200J(pois o trabalho é realizado SOBRE o gás)Obedecendo a fórmula:&nbsp;ΔU=Q-T, podemos chegar a conclusão que:ΔU=&nbsp;418-(-200)=&nbsp;618 JPortanto, a energia interna sofreu um acréscimo de 618 J, o que é fácil de ser interpretado, uma vez que tanto o calor fornecido ao sistema(418 J) quanto o trabalho realizado sobre ele(200 J) representam quantidades de energia transferidas para o sistema.

Aplicações da 1ª Lei da TermodinâmicaTransformação adiabática(Q=0): Uma transformação em que o sistema não troca calor com a vizinhança.Quando um gás sobre uma expansão(ou compressão) rápida, mesmo que as paredes do recipiente não sejam isolantes, a quantidade de calor que o sistema poderá ceder ou absorver é muito pequena, podendo considerar como uma transformação adiabática. Portanto, toda a energia interna será usado para executar um trabalho negativo pelo gás.&nbsp;ΔU= - T
Transformação Isotérmica(ΔU=0):&nbsp;Temperatura constante. Então, como a energia interna varia de acordo com a temperatura, e a temperatura permanece constante, podemos dizer que também&nbsp;ΔU permanece constante. Então a equação ficaria da seguinte forma:Q= T, ou seja, todo o calor recebido pelo sistema será usado para realizar trabalho.
Transformação Isométrica ou Isovolumétrica(T=0):&nbsp;Quando o sistema não varia seu volume e/ou a sua pressão(transformação isobárica), o mesmo não realizará trabalho, pois T= p .&nbsp;ΔV(Trabalho é o produto entre a pressão e a variação do volume)Então, a equação ficará da seguinte forma: ficará da seguinte forma:&nbsp;ΔU= Q,&nbsp;ou seja, todo o calor recebido pelo gás será usado para variar a sua energia interna.
Resumindo(Balanço Energético):Sistema(gás) → recebe calor = Q&gt;0(positivo)&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;→ cede calor = Q&lt;0(negativo)&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;→ não troca calor = Q=0(Transformação Adiabática)
Sistema(gás) → realiza trabalho = T&gt;0(positivo)[volume aumenta]&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;→ recebe trabalho = T&lt;0(negativo)[volume diminui]&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;→ não realiza trabalho = T=0[volume constante](Transformação Isométrica ou Isovolumétrica)
Sistema(gás) → aumenta U =&nbsp;ΔU&gt;0 [aumenta temperatura]&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;→ diminui U =ΔU&lt;0 [diminui temperatura]&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;→ não varia U, ou U constante =&nbsp;ΔU=0 [temperatura constante] (Transformação Isotérmica)

Exercícios:1) Um recipiente de volume V contém um gás perfeito. Fornece-se ao gás uma certa quantidade de calor, sem variar o volume. Nestas condições:a quantidade de calor recebida      pelo gás servirá apenas para aumentar a energia interna dele.
o gás realizará trabalho e a      energia interna dele permanecerá constante.
o gás realizará trabalho e a      energia interna dele diminuirá.
o gás realizará trabalho      equivalente à quantidade de calor recebida.

2)(UFMG 99)&nbsp;Um botijão contém gás sob alta pressão. Ao abrir-se a válvula desse botijão, o gás escapa rapidamente para a atmosfera.&nbsp;&nbsp; &nbsp; A.&nbsp;EXPLIQUE&nbsp;por que, nessa situação, o processo pode ser considerado adiabático.&nbsp;&nbsp; &nbsp; B.&nbsp;Considerando a situação descrita,&nbsp;RESPONDA:&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; →&nbsp;o trabalho realizado pelo gás foi&nbsp;positivo,&nbsp;negativo&nbsp;ou&nbsp;nulo?&nbsp;JUSTIFIQUE&nbsp;sua resposta.&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; →&nbsp;durante todo o processo, a temperatura do gás que permanece dentro do botijão&nbsp;aumenta,&nbsp;diminui&nbsp;ou&nbsp;permanece&nbsp;a mesma?&nbsp;JUSTIFIQUE&nbsp;sua resposta.






Respostas:1) A2) A.&nbsp;porque é muito rápido&nbsp;&nbsp; B. →&nbsp;positivo, pois o gás expande-se&nbsp;&nbsp; &nbsp; &nbsp; →&nbsp;diminui, pois num processo adiabático, o trabalho tem sinal contrário à energia interna..&nbsp;



Postado por Eduardo Mendes.