1ª lei da termodinâmica

 

Energia interna do gás ideal

A energia interna (U) de um gás perfeito monoatômico corresponde à soma das energias cinéticas médias (Ec) de todas as suas moléculas e, pela lei de Joule é fornecida por:

A energia interna de uma certa massa de um gás perfeito é função exclusiva da temperatura desse gás. A variação da energia é obtida pela equação:

Como consequência da expressão acima, você deve observar que:

O quadro a seguir mostra a relação da variação da energia interna e as transformações.

Primeira Lei da Termodinâmica

O Primeiro Princípio da Termodinâmica (Princípio da Conservação da Energia) afirma que: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas transformada”.

Análise da 1ª lei da termodinâmica

a) Transformação isobárica

Nesta transformação, a pressão do gás permanece constante. Então, o gás troca calor com o meio, troca energia com o meio sob a forma de trabalho e sofre variação na sua energia interna.

b) Transfomação isovolumétrica

Nesta transformação, o volume do gás permanece constante. Então, o gás não troca energia com o meio sob a forma de trabalho. Quando o gás receber calor, a sua energia interna vai aumentar e, quando ceder calor, vai diminuir.

c) Transformação isotérmica e cíclica

Na transformação isotérmica a temperatura é constante, portanto, ΔT = 0. Como a variação da energia interna é proporcional a variação de temperatura, a variação de energia interna (ΔU) do sistema será nula. Portanto, todo calor Q recebido pelo sistema é totalmente transformado em trabalho.

d) Transformação adiabática

Nesta transformação, o gás não troca calor com o meio: Q = 0.

Pode ser observado ao utilizar uma bomba de encher pneu de bicicleta. Cada vez que você bombeia o ar no pneu, a bomba se aquece mais, o que ocorre principalmente porque você está forçando as moléculas de ar ficar mais próximas umas das outras, fazendo com que W < 0   -  ΔU > 0   -  ΔT > 0.

Ao utilizar um spray aerossol podemos observar que lata esfria, isso ocorre porque trata-se de uma expansão adiabática onde ΔV > 0  -  W < 0   - ΔU < 0   -  ΔT < 0.

    Trocas de energia na forma de calor constitui-se em um processo lento e, por isso, as transformações isotérmicas são lentas. Trocas de energia na forma de trabalho podem ser rápidas e, por isso, as transformações adiabáticas tendem a ser muito rápidas.

Resumindo:

Por Thiago Miranda
Me. Prof. de Física