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:
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Um garoto que joga uma bola no ar.
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Máquinas a vapor.
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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.
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Um garoto joga uma bola no ar.
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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.
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Ao subir, ele perde velocidade e ganha altura. Perde energia cinética e ganha energia potencial.
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Quando atinge o ponto mais alto, possui apenas energia potencial.
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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.
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Inicialmente, toda a energia interna do sistema é energia interna do combustível. Carvão.
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Quando a combustão ocorre, a energia é transformada em energia térmica.
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Toda essa quantidade de calor é usada para gerar vapor e alimentar os pistões do motor. Neste momento, é convertido em energia mecânica.
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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:
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A fumaça da combustão e o vapor quente que escapa.
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O atrito entre os diferentes mecanismos gera trabalho negativo.
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Fricção com os trilhos.
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Fricção com o ar.
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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.