Fundamentos de Física, Volume 2: Gravitação, Ondas e Termodinâmica
A Primeira Lei da Termodinâmica
Teste 4
O diagrama p–V da figura mostra seis trajetórias curvas (ligadas por
trajetórias verticais) que podem ser seguidas por um gás. Quais são as
duas trajetórias curvas que devem fazer parte de um ciclo fechado
(ligadas às trajetórias verticais) para que o trabalho total realizado pelo
gás tenha o maior valor positivo possível?
A Primeira Lei da Termodinâmica Com vimos, quando um sistema passa de um estado inicial para um estado final, tanto o trabalho W realizado como o calor Q transferido dependem do modo como a mudança é executada. Os experimentos, porém, revelaram algo interessante: A diferença Q – W depende apenas dos estados inicial e final e não da forma como o sistema passou de um estado para o outro. Todas as outras combinações das grandezas Q e W, como Q apenas, W apenas, Q + W e Q – 2W, dependem da trajetória; apenas Q – W é independente. Esse fato sugere que a grandeza Q – W é uma medida da variação de uma propriedade intrínseca do sistema. Chamamos essa propriedade de energia interna (E ) e escrevemos int
A Eq. 18-26 é a expressão matemática da primeira lei da termodinâmica. Se o sistema sofre apenas uma variação infinitesimal, podemos escrever a
primeira lei na forma*
A energia interna E de um sistema tende a aumentar, se int
acrescentamos energia na forma de calor Q, e a diminuir se
removemos energia na forma de trabalho W realizado pelo sistema.
No Capítulo 8, discutimos a lei de conservação da energia em sistemas
isolados, ou seja, em sistemas nos quais nenhuma energia entra no sistema ou sai do sistema. A primeira lei da termodinâmica é uma extensão dessa lei para sistemas que não estão isolados. Nesse caso, a energia pode entrar no sistema ou sair do sistema na forma de trabalho W ou calor Q. No enunciado da primeira lei da termodinâmica que foi apresentado, estamos supondo que o sistema como um todo não sofreu variações de energia cinética e energia potencial, ou seja, que ΔK = ΔU = 0.
Convenção. Antes deste capítulo, o termo trabalho e o símbolo W
sempre significaram o trabalho realizado sobre um sistema. Entretanto, a partir da Eq. 18-24 e nos próximos dois capítulos sobre termodinâmica, vamos nos concentrar no trabalho realizado por um sistema, como o gás da
Fig. 18-13. O trabalho realizado sobre um sistema é sempre o negativo do trabalho realizado pelo sistema; logo, se reescrevemos a Eq. 18-26 em termos do trabalho W realizado sobre o sistema, temos ΔE = Q + W . Isso s int s significa o seguinte: A energia interna de um sistema tende a crescer, se fornecemos calor ao sistema ou realizamos trabalho sobre o sistema. Por outro lado, a energia interna tende a diminuir, se removemos calor do sistema ou se o sistema realiza trabalho.
Teste 5
A figura mostra quatro trajetórias em um diagrama p–V ao longo das
quais um gás pode ser levado de um estado i para um estado f. Ordene,
em ordem decrescente, as trajetórias de acordo (a) com a variação ΔEint
da energia interna do gás, (b) com o trabalho W realizado pelo gás, (c)
com o valor absoluto da energia transferida na forma de calor Q entre
o gás e o ambiente.
Figura 18-15 Uma expansão adiabática pode ser realizada removendo esferas de chumbo do êmbolo. O processo pode ser invertido a qual? quer momento acrescentando novas esferas. Alguns Casos Especiais da Primeira Lei da