Considere os três processos abaixo, isolados do resto do universo.
- Um cubo de alumínio é colocado em um copo de água. Após algum tempo, o alumínio aumentou de tamanho e a água esfriou.
- Cera sólida é colocada no fundo de uma panela quente. Após algum tempo, a cera derreteu e a panela esquentou.
- Um motor converte em trabalho toda a energia térmica liberada pela fusão de gelo em água.
Quais destes processos violam, necessariamente, a Primeira Lei da Termodinâmica?
Passo 1
A Primeira Lei diz que a energia é conservada.
Como o sistema é isolado, todo o calor trocado entre dois corpos no sistema, pela conservação de energia, deve somar zero, pois o que um cede o outro absorve.
Vamos analisar cada um dos casos.
Caso :
O alumínio aumentou e a água esfriou.
Para o alumínio aumentar (dilatação térmica), é necessário haver um aumento de temperatura. Logo, o alumínio recebe calor.
Como a água esfria, há uma diminuição de temperatura. Logo, a água perde calor.
Então, a energia é conservada, nesse caso: o calor que a água perde, o alumínio recebe.
Passo 2
Caso :
A cera derreteu e a panela esquentou.
Para a cera derreter (mudar de fase), ela precisa receber calor, pois está passando de estado sólido para líquido.
Como a panela esquentou, ela também recebeu calor.
Nesse caso, ambos receberam calor. Mas, como o sistema é isolado, isso é impossível!
Logo, isso contraria a conservação de energia.
Passo 3
Caso :
Nesse caso, toda a energia térmica é transformada em calor.
Ok, a energia foi conservada!
Logo, o único caso que contraria a Primeira Lei é o caso .
Observação: Perceba que esse caso contraria outra lei, a segunda lei da termodinâmica. Caso você não saiba o que é isso, não se preocupe, são cenas dos próximos capítulos.
Resposta
Caso