Processo termodinâmico
Calor (Q) é a energia que se move de um objeto para outro devido à diferença de temperatura. Em sistemas e ambientes, calor é a energia que se move do sistema para o ambiente ou do ambiente para o sistema, devido à diferença de temperatura. Se a temperatura do sistema for maior que a temperatura ambiente, o calor fluirá do sistema para o ambiente. Se a temperatura ambiente for maior que a temperatura do sistema, o calor fluirá do ambiente para o sistema.
Calor (Q) é a energia que se move devido à diferença de temperatura, enquanto trabalho (W) está relacionado à transferência de energia por meio do trabalho realizado. Por exemplo, se o sistema realiza trabalho sobre o ambiente, então a energia se move do sistema para o ambiente. Inversamente, se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema, então a energia se move do ambiente para o sistema.
Energia interna e a primeira lei da termodinâmica
A energia interna (U) do sistema é a soma de toda a energia cinética molecular do sistema, mais a quantidade de energia potencial resultante da interação entre as moléculas do sistema. Se o calor flui do ambiente para o sistema (o sistema recebe energia), a energia do sistema aumenta. Por outro lado, se o sistema realiza trabalho sobre o ambiente (o sistema libera energia), a energia do sistema diminui.
Com base no princípio da conservação de energia, as mudanças na energia interna do sistema são dadas por: calor adicionado ao sistema (o sistema recebe energia) menos o trabalho realizado pelo sistema (o sistema libera energia).
ΔU = variação da energia interna, Q = calor, W = trabalho
A energia interna é uma grandeza microscópica do sistema, portanto seu valor não pode ser conhecido. As variações na energia interna podem ser conhecidas através da energia adicionada ao sistema e da energia liberada por ele na forma de calor e trabalho. Em contraste, grandezas macroscópicas como temperatura (T), pressão (p), volume (V) e massa (m) ou quantidade de matéria (n) são conhecidas.
Calor e trabalho estão envolvidos apenas no processo de transferência de energia entre o sistema e o ambiente. Calor e trabalho não são grandezas que definem o estado do sistema.
Regras de sinalização para Calor (Q) e Trabalho (W)
As regras de sinais para Calor e Trabalho são ajustadas à equação da Primeira Lei da Termodinâmica. Calor (Q) na equação acima é o calor adicionado ao sistema (Q positivo), enquanto trabalho (W) na equação acima é o trabalho realizado pelo sistema (W positivo). Se o calor sai do sistema, então Q é negativo. Se trabalho é realizado sobre o sistema, então W é negativo.
Exemplo 1 :
Se 2000 Joules de calor forem adicionados ao sistema, enquanto o sistema realiza 1000 Joules de trabalho, qual será a variação da energia interna do sistema?
Solução
Δ U = Q – W = 2000 – 1000 = 1000 Joules.
O sistema absorve 2000 Joules de calor (o sistema recebe energia) e realiza 1000 Joules de trabalho (o sistema libera energia). A variação de energia do sistema é igual a 1000 Joules.
Exemplo 2 :
O sistema libera 2000 joules de calor. Em contrapartida, o sistema realiza um trabalho de 1000 joules. Calcule a variação da energia interna do sistema.
Solução
Se o sistema libera calor, então Q é negativo.
Δ U = Q – W = -2000 – 1000 = -3000 Joules.
O sistema libera 2000 Joules de calor. O sistema também realiza 1000 Joules de trabalho (energia liberada pelo sistema). Assim, a energia interna do sistema é reduzida em 3000 J.
Exemplo 3 :
São adicionados 2000 Joules de calor ao sistema e são realizados 1000 Joules de trabalho sobre o sistema. Calcule a variação da energia interna do sistema.
Solução
Como houve trabalho realizado no sistema, W é negativo.
Δ U = Q – W = 2000 – (-1000) = 3000 Joules.
A energia interna do sistema aumenta em 3000 Joules.
