Primeira Lei da Termodinâmica

A Primeira Lei da Termodinâmica se ocupa daquilo que é necessário para que trabalho seja transformado em calor.

Tem como fundamento o princípio da conservação de energia, que é um dos princípios mais importantes da Física.

Essa conservação de energia acontece sob as formas de calor e de trabalho. Ela faz com que um sistema possa conservar e transferir energia, ou seja, a energia pode sofrer aumento, diminuição ou permanecer constante.

A Primeira Lei da Termodinâmica é expressa pela fórmula

Q = τ + ΔU

Onde,

Q: calor
τ: trabalho
ΔU: variação da energia interna

Desta forma, seu fundamento é: o calor (Q) resulta da soma de trabalho (τ) com a variação da energia interna (ΔU).

Ela também pode ser encontrada da seguinte forma:

ΔU = Q - W

Onde,

ΔU: variação da energia interna
Q: calor
W: trabalho

O fundamento resulta no mesmo: a variação da energia interna (ΔU) resulta do calor trocado com o meio externo menos o trabalho (W) realizado.

Isso quer dizer que,

1) quanto ao calor (Q):

  • Se o calor trocado com o meio for maior do que 0, o sistema recebe calor.
  • Se o calor trocado com o meio for menor do que 0, o sistema perde calor.
  • Se não há troca de calor com o meio, ou seja, se ele é igual a 0, o sistema não recebe nem perde calor.

2) quanto ao trabalho (τ):

  • Se o trabalho é maior do que 0, o volume de algo exposto ao calor é expandido.
  • Se o trabalho é menor do que 0, o volume de algo exposto ao calor é reduzido.
  • Se não há trabalho, ou seja, se ele é igual a 0, o volume de algo exposto ao calor é constante.

3) quanto à variação de energia interna (ΔU):

  • Se a variação de energia interna é maior do que 0, há aumento de temperatura.
  • Se a variação de energia interna é menor do que 0, há diminuição de temperatura.
  • Se não há variação de energia interna, ou seja, se ela é igual a 0, a temperatura é constante.

Conclui-se que a temperatura pode ser aumentada com calor ou com trabalho.

Exemplo

O aquecimento de gases faz com que as máquinas entrem em funcionamento, ou seja, que realizem trabalho em uma usina, por exemplo.

Isso acontece da seguinte forma: os gases transferem energia dentro das máquinas, o que faz com que eles aumentem de volume e a partir daí acionem os mecanismos das máquinas. Ao serem acionados, os mecanismo começam a trabalhar.

Leia também

Leis da Termodinâmica

As leis da termodinâmica são quatro. Além da primeira, da qual estamos tratando, há:

  • Lei Zero da Termodinâmica - trata das condições para a obtenção do equilíbrio térmico;
  • Segunda Lei da Termodinâmica - trata da transferência de energia térmica;
  • Terceira Lei da Termodinâmica - trata do comportamento da matéria com entropia aproximada a zero.

Exercícios

1. (Ufla-MG) Numa transformação gasosa reversível, a variação da energia interna é de + 300 J. Houve compressão e o trabalho realizado pela força de pressão do gás é, em módulo, 200 J. Então, é verdade que o gás

a) cedeu 500 J de calor ao meio

b) cedeu 100 J de calor ao meio

c) recebeu 500 J de calor do meio

d) recebeu 100 J de calor do meio

e) sofreu uma transformação adiabática

Alternativa d: recebeu 100 J de calor do meio

2. (MACKENZIE-SP) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a qual:

a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo;

b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo;

c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna;

d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna;

e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.

Alternativa a: o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo;