Primeira Lei da Termodinâmica
Show Vizinhança ou meio externo: é a parte externa do sistema e de onde as observações e as medidas são realizadas. Sistema aberto: a matéria pode ser transferida através da fronteira entre o sistema e suas vizinhanças. Sistema fechado: a matéria não pode passar a traves das fronteiras sistemas-vizinhança. Sistema isolado: o sistema não tem contato mecânico nem térmico com suas vizinhanças. Trabalho: o trabalho realizado quando um sistema se expande de dV contra a pressão externa Pext é definido como: Como na expansão dV é positivo, isso significa que dw é negativo. O sinal negativo nos informa que o sistema realiza trabalho contra o meio externo e em conseqüência a energia interna do gás que realiza trabalho diminui. Tipos de trabalhoProcesso reversível: a expansão ou compressão ocorre por etapas infinitesimais (dV tão pequeno como se deseje). Em termodinâmica uma transformação reversível pode ser invertida pela modificação infinitesimal de uma variável. Nesse sentido pode ser dito que um sistema esta em equilíbrio com as suas vizinhanças se uma variação infinitesimal nas condições do sistema provoca uma modificação infinitesimal do sistema e a mesma variação no sentido oposto provoca uma modificação infinitesimal no sentido oposto. Neste processo reversível a pressão externa ao sistema, Pext, é igual a pressão interna do gás, Pint, e então: o trabalho total é: como o gás se comporta como um gás ideal:
Processo Irreversível: não são validas as condições de reversibilidade e a Pext não pode ser substituída pela Pint. A variação de volume não é infinitesimal, senão pelo contrario é finita. Um exemplo típico é a expansão ou compressão contra uma pressão externa constante. O trabalho deve ser calculado como: A expansão livre contra uma força nula (ou contra o vácuo) é outro exemplo de processo irreversível, mas neste caso ocorre quando Pext = 0, então ou seja, não há trabalho quando o sistema se expande livremente. Energia interna, trabalho e calorEm geral, a variação de energia interna de um sistema é: onde dwextra é o trabalho, alem do trabalho de expansão, dwexp. Por exemplo, dwextra pode ser o trabalho elétrico de uma corrente através de uma resistência. Se o sistema é mantido a volume constante durante uma dada transformação: Se a transformação é realizada a pressão constante:
H = U + PV As variações de energia interna e entalpia são os calores fornecidos a volume e pressão constante respectivamente. A primeira Lei da Termodinâmica estabelece que: A energia interna e a entalpia são diferencias exatas: Uma diferencial exata é uma grandeza infinitesimal que ao ser integrada, leva a um resultado que é independente da curva, do caminho, que liga o estado inicial ao estado final. U e H são denominadas funções de estado. Já no caso do calor e o trabalho são diferencias não exatas, ou seja, são quantidades infinitesimais que quando integradas, dão resultados que dependem da curva que liga os estados iniciais e finais (q e w não são em conseqüência funções de estado).
Qual o trabalho realizado por um gás em expansão?Quando o gás se expande contra uma pressão externa, ele precisa transferir energia para o meio exterior. Desta forma, o trabalho negativo diminui a energia total do gás. Quando o gás é comprimido, a energia é transferida para o gás, então, a energia do gás aumenta devido ao trabalho positivo.
Qual a diferença entre expansão e compressão de um gás?Compressão adiabática: há um grande aumento na pressão do gás e uma diminuição de seu volume sem que haja trocas de calor. Expansão adiabática: há um grande aumento no volume do gás e uma diminuição da pressão sem que haja trocas de calor. Expansão isobárica: há um aumento no volume do gás sob pressões constantes.
O que e o trabalho realizado por um gás?O trabalho de um gás em uma transformação isobárica pode ser calculado pelo produto entre a força e a variação de volume desse gás após ser submetido a uma fonte de calor. A Termodinâmica é a área da Física que estuda as relações entre a energia térmica e a energia mecânica.
Quando um gás sofre uma expansão Ele realiza um trabalho positivo?Trabalho em uma Transformação Isobárica
Nesse caso o trabalho realizado pode ser expresso por: Caso haja uma expansão (aumento de volume) o trabalho será positivo; em caso contrário, numa contração do gás, o trabalho será negativo.
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