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Primeira Lei da Termodinâmica

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A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia é conservada e consiste em duas partes: uma associada ao trabalho e outra ao calor. Diferentemente do trabalho, esta última parte não pode ser completamente convertida em trabalho, o que limita as conversões energéticas possíveis.

>Modelo

ID:(1398, 0)



Mecanismos

Iframe

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A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como lei da conservação da energia, afirma que a energia não pode ser criada nem destruída em um sistema isolado; ela pode apenas ser transferida ou transformada. Esse princípio estabelece que a energia total de um sistema isolado permanece constante. Em termos práticos, isso significa que a mudança na energia interna de um sistema é igual ao calor adicionado ao sistema menos o trabalho realizado pelo sistema. A energia interna abrange a energia total dentro de um sistema, incluindo a energia cinética e potencial a nível molecular. O calor é a energia transferida entre sistemas devido a uma diferença de temperatura, enquanto o trabalho é a energia transferida quando uma força é aplicada sobre uma distância, frequentemente relacionada a mudanças de volume em gases. A primeira lei é fundamental para analisar a eficiência de motores térmicos, o desempenho de sistemas de refrigeração e aquecimento e para entender processos metabólicos em sistemas biológicos. Ela fornece uma base para compreender as transferências e transformações de energia em vários processos físicos, garantindo que a energia dentro de um sistema isolado seja sempre conservada.

Código
Conceito

Mecanismos

ID:(15250, 0)



Conservação de energia

Conceito

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A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia é sempre conservada.

Enquanto na mecânica existe uma conservação similar, restrita a sistemas não dissipativos (por exemplo, excluindo o atrito), na termodinâmica essa lei é generalizada, considerando não apenas o trabalho mecânico, mas também o calor gerado ou absorvido pelo sistema.

Nesse sentido, a conservação de energia postulada na termodinâmica não possui restrições e é aplicável a todos os sistemas, desde que sejam consideradas todas as trocas e conversões de energia possíveis.

ID:(37, 0)



Primeira lei da termodinâmica

Conceito

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A primeira lei da termodinâmica foi desenvolvida através de vários trabalhos [1,2], estabelecendo que a energia se conserva. Isso significa que o diferencial de energia interna ($dU$) é sempre igual a o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) fornecida ao sistema (positivo) menos o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) realizada pelo sistema (negativo).

Portanto, temos:

$ dU = \delta Q - \delta W $

Enquanto o diferencial exato não depende de como a variação é executada, o diferencial inexato depende. Quando nos referimos a um diferencial sem especificar que é inexato, assume-se que é exato.

[1] "Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte" (Sobre a Determinação Quantitativa e Qualitativa das Forças), Julius Robert von Mayer, Annalen der Chemie und Pharmacie, 1842

[2] "Über die Erhaltung der Kraft" (Sobre a Conservação da Força), Hermann von Helmholtz, 1847

ID:(15700, 0)



Pressão e trabalho

Descrição

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Consideremos um gás em um cilindro onde um pistão pode se deslocar. Se o pistão for movido, é possível reduzir o volume, comprimindo o gás. Para realizar essa compressão, é necessária uma energia que é igual à força exercida pelo gás multiplicada pela distância percorrida pelo pistão. Essa energia também pode ser representada em função da pressão, já que a pressão é definida pela força e pela área do pistão.



O trabalho pode ser realizado pelo sistema (compressão) ou pelo sistema sobre o meio externo (expansão).

Uma vez que la força mecânica ($F$) dividido por la seção ($S$) é igual a la pressão ($p$):

$ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$



e la variação de volume ($dV$) com o distância percorrida ($dx$) é igual a:

$ \Delta V = S \Delta s $



A equação para o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) pode ser expressa como:

$ \delta W = F dx $



Portanto, ela pode ser escrita como:

$ \delta W = p dV $

ID:(11126, 0)



Primeira lei da termodinâmica e pressão

Conceito

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Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) está relacionado com o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) e o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) da seguinte forma:

$ dU = \delta Q - \delta W $



E é sabido que o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) está relacionado com la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$) como segue:

$ \delta W = p dV $



Portanto, podemos concluir que:

$ dU = \delta Q - p dV $

ID:(15701, 0)



Modelo

Top

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Parâmetros

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
$\delta Q$
dQ
Variação de calor
J

Variáveis

Símbolo
Texto
Variáve
Valor
Unidades
Calcular
Valeur MKS
Unidades MKS
$\delta Q$
dQ
Diferencial de calor impreciso
J
$\delta W$
dW
Diferencial de trabalho impreciso
J
$dx$
dx
Distância percorrida
m
$F$
F
Força mecânica
N
$p$
p
Pressão
Pa
$S$
S
Seção ou superfície
m^2
$dU$
dU
Variação da energia interna
J
$dV$
dV
Variação de volume
m^3

Cálculos


Primeiro, selecione a equação: para , depois, selecione a variável: para

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Variáve Dado Calcular Objetivo : Equação A ser usado




Equações

#
Equação

$ dU = \delta Q - \delta W $

dU = dQ - dW


$ dU = \delta Q - p dV $

dU = dQ - p * dV


$ dV = S dx $

DV = S * Ds


$ \delta W = F dx $

dW = F * dx


$ \delta W = p dV $

dW = p * dV


$ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$

p = F / S

ID:(15309, 0)



Primeira lei da termodinâmica

Equação

>Top, >Modelo


O diferencial de energia interna ($dU$) é sempre igual à quantidade de o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) fornecida ao sistema (positiva) menos a quantidade de o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) realizada pelo sistema (negativa):

$ dU = \delta Q - \delta W $

$\delta W$
Diferencial de trabalho impreciso
$J$
5221
$dU$
Variação da energia interna
$J$
5400
$\delta Q$
Variação de calor
$J$
5202

ID:(9632, 0)



Trabalho

Equação

>Top, >Modelo


A relação entre o trabalho e as nossas ações está ligada à dependência de o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) em relação à distância percorrida. Se considerarmos uma força mecânica ($F$) para mover um objeto ao longo de um distância percorrida ($dx$), a energia necessária pode ser expressa da seguinte forma:

$ \delta W = F dx $

$\delta W$
Diferencial de trabalho impreciso
$J$
5221
$dx$
Distância percorrida
$m$
10194
$F$
Força mecânica
$N$
10193



A notação $\delta W$ é usada para indicar a variação do trabalho, ao contrário de $dW$, que nos lembra que o seu valor depende do processo de variação do comprimento $dx$. Um exemplo disso ocorreria se o deslocamento ocorresse em um gás e uma mudança nele ocorresse, nesse caso:

$\delta W < Fdx$

ID:(3202, 0)



Definição de pressão

Equação

>Top, >Modelo


La pressão da coluna de água ($p$) é calculado a partir de la força da coluna ($F$) e la altura da coluna líquida ($S$) da seguinte forma:

$ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$

$p$
Pressão
$Pa$
5224
$S$
Seção ou superfície
$m^2$
5405

ID:(4342, 0)



Elemento de volume

Equação

>Top, >Modelo


Se tivermos um tubo com uma la seção de tubo ($S$) que se desloca uma distância de o elemento de tubo ($\Delta s$) ao longo do seu eixo, tendo deslocado o elemento de volume ($\Delta V$), então é igual a:

$ dV = S dx $

$ \Delta V = S \Delta s $

$\Delta s$
$dx$
Distância percorrida
$m$
10194
$\Delta V$
$dV$
Variação de volume
$m^3$
5223
$S$
$S$
Seção ou superfície
$m^2$
5405

ID:(3469, 0)



Pressão e trabalho

Equação

>Top, >Modelo


O diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) é igual a la pressão ($p$) multiplicado por la variação de volume ($dV$):

$ \delta W = p dV $

$\delta W$
Diferencial de trabalho impreciso
$J$
5221
$p$
Pressão
$Pa$
5224
$dV$
Variação de volume
$m^3$
5223

Uma vez que la força mecânica ($F$) dividido por la seção ($S$) é igual a la pressão ($p$):

$ p \equiv\displaystyle\frac{ F }{ S }$



e la variação de volume ($dV$) com o distância percorrida ($dx$) é igual a:

$ \Delta V = S \Delta s $



A equação para o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) pode ser expressa como:

$ \delta W = F dx $



Portanto, ela pode ser escrita como:

$ \delta W = p dV $

ID:(3468, 0)



Primeira lei da termodinâmica e pressão

Equação

>Top, >Modelo


Com a primeira lei da termodinâmica, pode ser expressa em termos de o diferencial de energia interna ($dU$), o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$), la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$) como:

$ dU = \delta Q - p dV $

$\delta Q$
Diferencial de calor impreciso
$J$
5220
$p$
Pressão
$Pa$
5224
$dU$
Variação da energia interna
$J$
5400
$dV$
Variação de volume
$m^3$
5223

Uma vez que o diferencial de energia interna ($dU$) está relacionado com o diferencial de calor impreciso ($\delta Q$) e o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) da seguinte forma:

$ dU = \delta Q - \delta W $



E é sabido que o diferencial de trabalho impreciso ($\delta W$) está relacionado com la pressão ($p$) e la variação de volume ($dV$) como segue:

$ \delta W = p dV $



Portanto, podemos concluir que:

$ dU = \delta Q - p dV $

ID:(3470, 0)