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Exemplos da primeira lei da termodinâmica e a conservação de energia

Exemplos da primeira lei da termodinâmica e a conservação de energia

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

Embora a definição pareça muito técnica e difícil de entender, existem inúmeros exemplos cotidianos que aplicam esse princípio termodinâmico.

Vamos usar três exemplos:

  • Um garoto que joga uma bola no ar.

  • Máquinas a vapor.

  • Energia solar.

Calor, energia e trabalho, de acordo com o sistema internacional de unidades, são medidos em Joules.

Conservação de energia em um balão jogado no ar

Dois tipos de energia estão envolvidos neste exemplo: cinético e potencial.

  1. Um garoto joga uma bola no ar.

  2. No momento em que a bola sai de suas mãos, ela tem velocidade e, portanto, energia cinética. Ainda não ganhou altura, portanto, não possui energia potencial.

  3. Ao subir, ele perde velocidade e ganha altura. Perde energia cinética e ganha energia potencial.

  4. Quando atinge o ponto mais alto, possui apenas energia potencial.

  5. Finalmente, ele diminui novamente e as energias são revertidas novamente.

Máquinas a vapor

O desenvolvimento do motor a vapor envolveu o início do desenvolvimento da primeira das leis da termodinâmica.

É a primeira vez que ocorre uma transformação termodinâmica para converter energia térmica em energia mecânica. Sua operação é baseada na variação da relação pressão-volume.

Exemplos da primeira lei da termodinâmica e a conservação de energiaVamos analisar como a energia é transformada em uma locomotiva a vapor. Consideramos a locomotiva como um sistema termodinâmico.

  1. Inicialmente, toda a energia interna do sistema é energia interna do combustível. Carvão.

  2. Quando a combustão ocorre, a energia é transformada em energia térmica.

  3. Toda essa quantidade de calor é usada para gerar vapor e alimentar os pistões do motor. Neste momento, é convertido em energia mecânica.

  4. Quando o motor se move, a locomotiva se move. Obtenha uma velocidade. Agora temos energia cinética.

No nosso exemplo, a locomotiva não é um sistema isolado. Portanto, há troca de calor com o exterior. Em uma locomotiva a vapor, há muitas perdas, por exemplo:

  • A fumaça da combustão e o vapor quente que escapa.

  • O atrito entre os diferentes mecanismos gera trabalho negativo.

  • Fricção com os trilhos.

  • Fricção com o ar.

  • O calor da caldeira que é transmitida ao ar.

Conservação de energia em energia solar

Um exemplo desse princípio é a energia solar. É aplicado tanto em energia fotovoltaica quanto em energia solar térmica.

Os átomos das partículas que compõem o Sol contêm energia. Energia interna. Esses átomos sofrem constantemente uma reação nuclear. A fusão nuclear converte essa energia química em radiação.

A radiação solar que atinge a Terra é capturada por painéis solares.

Os painéis solares transformam essa energia em energia elétrica ( energia fotovoltaica) ou energia térmica (energia térmica).

Então, por que o desempenho de um painel solar não é 100%?

Toda a energia solar que chega ao painel solar é transformada. Mas nem tudo é transformado no mesmo tipo de energia. Parte da radiação recebida por um módulo fotovoltaico é convertida em eletricidade.

No entanto, outra parte é convertida em calor, aquecendo o painel; ou ele retorna à atmosfera.

Referências

Autor:

Data de publicação: 4 de junho de 2020
Última revisão: 4 de junho de 2020