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Termodinâmica.
Transformação de energia

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Efeitos da termodinâmica

Entropia

Primeira lei da termodinâmica

Primeira lei da termodinâmica

A primeira lei da termodinâmica afirma que : "A energia total de um sistema isolado não é criada nem destruída, permanece constante". É um princípio que reflete a conservação de energia.

A energia é transformada apenas de um tipo para outro. Quando uma classe de energia desaparece, uma quantidade equivalente de outra classe deve ser produzida.

Um corpo pode ter uma certa velocidade. Ter velocidade envolve energia cinética. Se você perde velocidade, perde energia cinética; que é transformado em outro tipo de energia. A conversão pode ser em energia potencial (se adquirir altura), energia térmica (se houver algum tipo de atrito que faça com que ele aqueça), etc.

O primeiro princípio da termodinâmica nos permite definir o postulado da primeira lei da termodinâmica:

Se fornecermos a qualquer sistema adiabático uma certa quantidade de energia mecânica W, essa energia causará apenas um aumento na energia interna do sistema U. Portanto:

Primeira Lei da Termodinâmica

Primeira lei da termodinâmica para sistemas não isolados

Se o sistema não estiver isolado, essa igualdade não será cumprida e o sistema sofrerá uma mudança de calor.

Primeira Lei da Termodinâmica

Para a primeira lei da termodinâmica, não há etapa trivial da concepção física da visão do sistema fechado para a visão do sistema aberto.

Para sistemas fechados, os conceitos de gabinete adiabático e parede adiabática são essenciais. A matéria e a energia interna não podem penetrar ou penetrar nessa parede. Para um sistema não isolado, existe uma parede que permite a penetração da matéria.

Em geral, a matéria em movimento difuso carrega consigo alguma energia interna. Algumas mudanças na energia potencial microscópica acompanham o movimento. Um sistema aberto não é adiabaticamente fechado.

Existem alguns casos em que um processo para um sistema não isolado pode, para fins específicos, ser considerado como um sistema isolado.

Em um sistema aberto, por definição, hipotética ou potencialmente, a matéria pode passar entre o sistema e seu ambiente. Mas quando, em um caso particular, o processo de interesse envolve apenas uma passagem hipotética ou potencial, mas não real, o processo pode ser considerado como se fosse um sistema fechado.

Critérios de assinatura

W é o trabalho realizado no ou pelo sistema. Se o trabalho é realizado pelo sistema, W é negativo. Se o trabalho for feito no sistema, W é positivo.

ΔQ é a quantidade de calor absorvido ou emitido por uma máquina térmica. Se a transferência líquida de calor for para o sistema, ΔQ será positivo. Se a transferência líquida de energia sair do sistema, ΔQ será negativo.

Esse critério de signos é importante, pois varia de acordo com o autor.

O que é um sistema adiabático?

Um processo adiabático é aquele em que o sistema não troca calor com o ambiente. Está em equilíbrio térmico. Um processo adiabático que também é reversível é um processo isentrópico.

O termo adiabático refere-se a volumes que impedem a transferência de calor com o meio ambiente. Uma parede isolada está bem próxima de um limite adiabático.

Um processo adiabático é realizado com variação constante de calor. Em um processo isobárico é realizado a pressão constante.

O que é energia interna?

Energia interna é a energia necessária para criar um sistema na ausência de mudanças de temperatura ou volume.

Joule conduziu um experimento no qual concluiu que a energia transferida em uma máquina térmica se tornava parte da energia interna da máquina.

Essas experiências servem para estender essa observação a todos os sistemas termodinâmicos e postular que: se fornecermos a qualquer sistema isolado uma certa quantidade de energia mecânica W, isso causará apenas um aumento na energia interna do sistema U, pela quantidade U de uma maneira do que:

Primeira Lei da Termodinâmica

A variação interna de energia é igual ao trabalho fornecido.

Essa igualdade que se aplica ao sistema isolado constitui a definição da energia interna U.

A energia interna no sistema internacional de unidades é medida em joules (J).

A existência dessa quantidade para qualquer sistema é o postulado conhecido como: o primeiro princípio da termodinâmica.

Entalpia

A entalpia é definida por H = U + PV

onde P e V são a pressão e o volume e U é a energia interna. O conceito de entalpia é paralelo ao primeiro princípio em um sistema de pressão constante.

E se o sistema não estiver isolado?

Se o sistema não estiver isolado, é observado que:

Equação 2

A energia que falta é devido à perda de calor. As perdas são devidas à transferência de calor do sistema para o exterior como resultado de suas diferenças de temperatura.

Então podemos escrever:

Equação 3

Em resumo, podemos dizer que a formulação matemática da primeira lei da termodinâmica, a equação anterior, contém três idéias relacionadas:

  • A existência de uma função interna de energia.

  • O princípio da conservação de energia,

  • A definição de calor como energia em trânsito

Sumário e conclusões

A primeira lei da termodinâmica é a mesma da lei de conservação de energia. Este princípio afirma que:

  • Em um sistema isolado, a energia não é criada nem destruída. Só sofre transformações.

  • Se o trabalho mecânico é aplicado a um sistema, sua energia interna varia.

  • Se o sistema não estiver isolado, parte da energia é convertida em calor que pode entrar ou sair do sistema.

  • Um sistema isolado é um sistema adiabático. O calor não pode entrar nem sair. Nenhuma transferência de calor é realizada.

      Referências

      Autor:

      Data de publicação: 1 de julho de 2016
      Última revisão: 4 de junho de 2020