Primeira lei da termodinâmica

Autor: Leandro Alegsa Data de criação: 28 de fevereiro de 2021

A primeira lei da termodinâmica diz que a energia não pode ser criada ou destruída, mas pode ser alterada. A lei forma a base do princípio de conservação de energia. Isto significa que qualquer coisa que use energia está mudando a energia de um tipo de energia para outro. Por exemplo, o exercício muda a energia dos alimentos para a energia cinética (movimento). A energia não pode ser criada e nunca vai embora. Exceto para o movimento perpétuo, que permanece um mistério. A energia apenas muda sua forma. As pessoas podem usar as mudanças para fazer o trabalho que é útil. Exemplos de formas de energia na mecânica clássica incluem calor, luz, cinética (movimento) ou energia potencial. Entretanto, na física moderna considera-se que existem apenas dois tipos de energia - massa e energia cinética, embora isto possa não ser útil para aqueles não familiarizados com a física mais complexa.

A lei significa que a energia total do universo é uma constante. Entretanto, a energia pode ser transferida de uma parte do universo para outra.

A formulação mais comum da primeira lei de termodinâmica utilizada pelos cientistas é:

História

James Prescott Joule foi a primeira pessoa que descobriu, através de experimentos, que o calor e o trabalho são conversíveis.

A primeira declaração explícita da primeira lei da termodinâmica foi dada por Rudolf Clausius em 1850: "Há uma função estatal E, chamada 'energia', cujo diferencial é igual ao trabalho trocado com o entorno durante um processo adiabático".

Termodinâmica e Engenharia

Em termodinâmica e engenharia, é natural pensar no sistema como um motor térmico que trabalha no ambiente, e afirmar que a energia total adicionada pelo aquecimento é igual à soma do aumento da energia interna mais o trabalho feito pelo sistema. Assim, δ W {\displaystyle {\delta W} $\delta W$ é a quantidade de energia perdida pelo sistema devido ao trabalho feito pelo sistema em seu entorno. Durante a parte do ciclotermodinâmico onde o motor está trabalhando, δ W {displaystyle {delta W} $\delta W$ é positivo, mas sempre haverá uma parte do ciclo onde δ W {displaystyle {delta W} $\delta W$ é negativo, por exemplo, quando o gás de trabalho está sendo comprimido. Quando δ W $\delta W$ representa o trabalho feito pelo sistema, a primeira lei é escrita:

d U = δ P - δ W {\i1}displaystyle {d} U==delta Q-=delta W=,} $\mathrm {d} U=\delta Q-\delta W\,$

As pessoas discordam se a energia é um número positivo ou negativo. Assim, δ Q {\displaystyle {\delta Q} $\delta Q$ é o fluxo de calor para fora do sistema, e δ W {\displaystyle {\delta W} $\delta W$ é o trabalho para dentro do sistema:

d U = - δ Q + δ W {\i1}displaystyle {\i} U=-->--Q++-Q+-,} $\mathrm {d} U=-\delta Q+\delta W\,$

Devido a esta ambigüidade, é muito importante em qualquer discussão envolvendo a primeira lei, estabelecer explicitamente a convenção de sinalização em uso.

dU = a mudança na energia interna

Q = calor

W = trabalho

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Perguntas e Respostas

P: Qual é a primeira lei da termodinâmica?

R: A primeira lei da termodinâmica é que a energia não pode ser criada nem destruída; ela só pode mudar de uma forma para outra.

P: O que é o princípio da conservação da energia?

R: O princípio da conservação de energia significa que qualquer coisa que use energia está mudando a energia de um tipo de energia para outro.

P: As máquinas de movimento perpétuo podem existir?

R: Não, máquinas de movimento perpétuo nunca poderão existir porque isso violaria uma lei fundamental da física, que afirma que a energia não pode ser criada nem destruída.

P: Quais são os exemplos de formas de energia na mecânica clássica?

R: Exemplos de formas de energia na mecânica clássica incluem calor, luz, energia cinética (movimento) ou potencial.

P: Quantos tipos de energia existem na física moderna?

R: Na física moderna, considera-se que há apenas dois tipos de energia - massa e energia cinética, embora isso possa não ser útil para quem não está familiarizado com a física mais complexa.

P: A energia total do universo é constante?

R: Sim, a energia total do universo (ou de qualquer sistema fechado) é constante. Entretanto, a energia pode ser transferida de uma parte do universo para outra.

P: Qual é a formulação mais comum da primeira lei da termodinâmica usada pelos cientistas?

R: A formulação mais comum da primeira lei da termodinâmica usada pelos cientistas é que a energia não pode ser criada ou destruída; ela só pode ser transferida ou convertida de uma forma para outra.