1ª Lei da Termodinâmica

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Enunciado formal da Primeira Lei da Termodinâmica

A variação da energia interna de um sistema é igual à quantidade de calor trocada com o meio menos o trabalho realizado por ele.

Equação matemática geral da Primeira Lei

ΔU = Q - W (onde ΔU é a variação da energia interna, Q é o calor e W é o trabalho).

O que representa a variável ΔU na Primeira Lei?

Representa a variação da energia interna do sistema, medida em Joules (J).

O que representa a variável Q na Primeira Lei?

Representa a quantidade de calor trocada entre o sistema e o ambiente.

O que representa a variável W na Primeira Lei?

Representa o trabalho realizado pelo sistema ou sobre o sistema.

Convenção de sinais para Calor (Q > 0)

O sistema absorve calor do meio externo.

Convenção de sinais para Calor (Q < 0)

O sistema cede calor para o meio externo.

Convenção de sinais para Trabalho (W > 0)

O sistema realiza trabalho sobre o meio (expansão).

Convenção de sinais para Trabalho (W < 0)

O meio realiza trabalho sobre o sistema (compressão).

Convenção de sinais para Energia Interna (ΔU > 0)

A energia interna do sistema aumenta (temperatura eleva em gases ideais).

Convenção de sinais para Energia Interna (ΔU < 0)

A energia interna do sistema diminui (temperatura reduz em gases ideais).

Princípio físico fundamental subjacente à Primeira Lei

Princípio da Conservação da Energia: a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.

Primeira Lei em um processo isotérmico

Como a temperatura é constante, ΔU = 0, logo Q = W.

Primeira Lei em um processo isocórico (isovolumétrico)

Como não há variação de volume, W = 0, logo ΔU = Q.

Primeira Lei em um processo adiabático

Como não há troca de calor com o meio, Q = 0, logo ΔU = -W.

Primeira Lei em um processo isobárico

A pressão é constante: ΔU = Q - P·ΔV, onde W = P·ΔV.

Primeira Lei aplicada a um ciclo termodinâmico

O estado inicial é igual ao final, logo ΔU_ciclo = 0 e Q_total = W_total.

Forma diferencial da Primeira Lei da Termodinâmica

dU = δQ - δW, indicando que dU é uma diferencial exata e δQ e δW são inexatas.

De que depende a energia interna (U) de um gás ideal?

Depende exclusivamente da sua temperatura absoluta (T).

Equação da energia interna para um gás ideal monoatômico

U = (3/2) · n · R · T

Equação do trabalho em transformação isobárica

W = P · (V_final - V_inicial)

O que acontece na expansão adiabática de um gás?

O gás realiza trabalho (W > 0), reduzindo sua energia interna (ΔU < 0) e esfriando.

O que acontece na compressão adiabática de um gás?

Trabalho é realizado sobre o gás (W < 0), aumentando sua energia interna (ΔU > 0) e aquecendo-o.

Diferença entre função de estado e função de caminho

Energia interna (U) é função de estado; Calor (Q) e Trabalho (W) dependem do caminho percorrido.

Por que o trabalho W é zero em um recipiente rígido fecho?

Porque o volume não varia (ΔV = 0), e o trabalho mecânico requer deslocamento/variação de volume.

O que é uma expansão livre de um gás ideal?

Expansão contra o vácuo sem troca de calor (Q=0) e sem trabalho (W=0), resultando em ΔU=0 e ΔT=0.

Unidade do Sistema Internacional (SI) para Q, W e U

Joule (J).

Relação entre Caloria e Joule

1 caloria (cal) ≈ 4,184 Joules (J).

Impossibilidade do Moto Perpétuo de Primeira Espécie

É impossível criar uma máquina que produza trabalho continuamente sem consumir uma quantidade equivalente de energia.

Como calcular o trabalho em um diagrama Pressão x Volume (P x V)?

O trabalho é numericamente igual à área sob a curva do gráfico P x V.