(a) Exponha a primeira lei da termodinâmica. (b) Qual é o significado de energia interna de um sistema? © Quais os meios pelos quais a energia interna de um sistema pode aumentar?
Passo 1
Vamos resolver as três partes do exercício sobre a termodinâmica. Vamos falar sobre a primeira lei da termodinâmica, entender o que significa a energia interna de um sistema e descobrir de que maneiras a energia interna de um sistema pode aumentar. Para isso, vamos precisar conhecer os conceitos básicos de energia, trabalho e calor, além de algumas fórmulas importantes da termodinâmica.
Passo 2
(a) Primeira Lei da Termodinâmica: A primeira lei da termodinâmica é essencialmente a lei da conservação da energia aplicada aos sistemas termodinâmicos. Ela afirma que a energia total de um sistema isolado é constante; a energia pode ser transferida para dentro ou para fora do sistema na forma de trabalho ou calor, mas não pode ser criada nem destruída.
A fórmula matemática que representa a primeira lei da termodinâmica é:
Onde:
-
é a variação da energia interna do sistema. -
é o calor fornecido ao sistema. -
é o trabalho realizado pelo sistema.
Isso significa que a variação na energia interna (
) é igual ao calor que entra no sistema menos o trabalho que o sistema realiza sobre o ambiente.
Passo 3
(b) Energia Interna de um Sistema: A energia interna (
) de um sistema é a soma de todas as energias microscópicas das partículas que compõem o sistema. Isso inclui a energia cinética das partículas (devido ao seu movimento) e a energia potencial (devido às interações entre elas).
Em termos simples, a energia interna é a energia armazenada dentro do sistema devido ao movimento e às interações das suas partículas. Ela não inclui a energia externa, como a energia cinética do sistema como um todo ou a energia potencial em relação a pontos externos.
Passo 4
© Meios pelos quais a Energia Interna Pode Aumentar: A energia interna de um sistema pode aumentar de duas maneiras principais:
-
Transferência de Calor (
): Quando o sistema absorve calor do ambiente, essa energia térmica aumenta a energia interna do sistema. -
Realização de Trabalho pelo Ambiente sobre o Sistema (
): Se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema (ou seja, o sistema recebe trabalho), isso também aumenta a energia interna do sistema.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, se o sistema recebe calor ou trabalho, sua energia interna aumenta:
Aqui, ajustamos a equação considerando que
é o trabalho realizado sobre o sistema, então ambos
e
contribuem para o aumento de
.
Resposta
(a) A primeira lei da termodinâmica estabelece que a energia total de um sistema isolado é constante, ou seja, a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada. (b) A energia interna de um sistema é a soma das energias cinética e potencial de todas as partículas que o compõem, representando a energia armazenada no sistema. © A energia interna pode aumentar quando o sistema absorve calor do ambiente ou quando trabalho é realizado sobre o sistema.
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(a) Escreva a equaçâo que expressa a primeira lei da termodinâmica. (b) Ao aplicar a primeira lei da termodinâmica, precisamos medir a energia interna de um sistema? Explique. © Sob quais condições as grandezas
e
serão números negativos?
Para os seguintes processos, calcule a variação na energia interna do sistema e determine se o processo é endotérmico ou exotérmico: (a) um balāo é aquecido pela adição de 900 J de calor. Ele expande-se, realizando 422 J de trabalho na atmosfera, (b) uma amostra de 50 g é resfriada de
para
, nisso perdendo aproximadamente 3.140 J de calor; © uma reação química libera
de calor e não realiza trabalho na vizinhança.
Calcule a massa molar dos compostos a seguir.
e)
e)