Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker · Capítulo 116 de 165

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Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica

18-5 A Primeira Lei da Termodinâmica

Os resultados anteriores mostram que são necessários 15,98 kJ para

aumentar a temperatura do gelo até o ponto de fusão. O calor restante

Q é, portanto, 210 kJ – 15,98 kJ ou, aproximadamente, 194 kJ. Os r

resultados anteriores mostram que essa quantidade de calor não é

suficiente para derreter todo o gelo. Como a fusão do gelo é

incompleta, acabamos com uma mistura de gelo e água; a temperatura

da mistura é a do ponto de fusão do gelo, 0°C.

 

Cálculos: Podemos determinar a massa m do gelo que se

transforma em líquido a partir da energia disponível Q usando a Eq. r

18-16 com L : F

 

Assim, a massa restante de gelo é 720 g – 580 g = 140 g e acabamos

com

 

18-5 A PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

 

Objetivos do Aprendizado

Depois de ler este módulo, você será capaz de ...

18.20 Se um gás confinado se expande ou se contrai, calcular o trabalho W realizado pelo gás

integrando a pressão do gás em relação ao volume do recipiente.

18.21 Conhecer a relação entre o sinal algébrico do trabalho W e a expansão ou contração do gás.

18.22 Dado um gráfico p–V da pressão em função do volume para um processo, localizar o ponto

inicial (o estado inicial) e o ponto final (o estado final) e usar uma integração gráfica para

calcular o trabalho realizado.

18.23 Dado um gráfico p–V da pressão em função do volume para um processo, conhecer a relação

entre o sinal algébrico do trabalho e o sentido do processo no gráfico (para a direita ou para a

esquerda).

18.24 Usar a primeira lei da termodinâmica para relacionar a variação ΔE da energia interna de um int

gás à energia Q fornecida ou recebida pelo gás na forma de calor e ao trabalho W realizado pelo

gás ou sobre o gás.

18.25 Conhecer a relação entre o sinal algébrico do calor transferido Q e a transferência de calor do

gás ou para o gás.

18.26 Saber que a energia interna ΔE de um gás tende a aumentar, se o gás recebe calor, e tende a int

diminuir, se o gás realiza trabalho.

18.27 Saber que, quando um gás é submetido a um processo adiabático, não há troca de calor entre o

gás e o ambiente.

18.28 Saber que, quando um gás é submetido a um processo a volume constante, o trabalho realizado

pelo gás ou sobre o gás é nulo.

18.29 Saber que, quando um gás é submetido a um processo cíclico, a energia interna do gás não

varia.

18.30 Saber que, quando um gás é submetido a uma expansão livre, não há transferência de calor,

nenhum trabalho é realizado e a energia interna do gás não varia.

 

Ideias-Chave

• Um gás pode trocar energia com o ambiente por meio do trabalho. O trabalho W realizado por um gás ao se expandir ou ao se contrair de um volume inicial V para um volume final V é dado por i f

 

A integração é necessária porque a pressão p pode variar durante a variação de volume. • No caso dos processos termodinâmicos, a lei de conservação da energia assume a forma da primeira lei da termodinâmica, que pode ser enunciada de dois modos diferentes:

 

ΔE = E – E = int int,f int,i

Q – W (primeira lei)

 

ou

 

dE = dQ – int dW (primeira lei). Nestas equações, E é a energia interna do material, que depende apenas do estado do material int