Curso de termodinâmica/Primeira lei: diferenças entre revisões

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As observações experimentais sobre a energia foram resumidas em três leis ou princípios, cuja aplicação permite de definir o estado de equilibro de uma e de explicar a tendência a evoluir espontaneamente para seu estado de equilibro.
 
A energia é a capacidade de executar um trabalho ou de produzir calor. Assim, um sistema que possui uma energia elevada pode executar uma grande quantidade de trabalho sobre seu redor ou dar lhe uma grande quantidade de calor. O trabalho é a energia gasta durante o deslocamento de uma força. Por exemplo, deslocar um objeto num campo de gravidade necessita energia. Precisa fornecer trabalho para levantar uma valise. O trabalho é trocado da pessoa que levante a valise para a valise.
 
:: O calor é a energia que verte dos objetos quentes para os objetos frios. Por exemplo, uma bebida à temperatura ambiente e, depois, deixada numa geladeira esfria dando calor a seu ambiente. A energia da bebida então diminuiu.
 
 
Para caracterizar mudanças e trocas de energia, há estes definições:
* o sistema: é o objeto do estudo (meio de reação,uma quantidade de um corpo puro, um ser vivo,etc.)
*seu meio externo; é o resto do universo (que poderá ser limitado ao meio ambiente próximo)
*a fronteira entre o sistema e o meio externo: suas propriedades irão determinar quais trocas podem existir entre o sistema e o meio externo:
::*sistema fechado: a fronteira não permite troca de matéria
::*sistema aberto: trocas de matéria são possíveis entre sistema e meio externo. É ,por exemplo, um ser vivo (sistema) que se alimenta no seu meio externo.
::*sistema isolado: nenhuma troca de matéria ou energia entre sistema e meio externa. É a bomba calorimétrica.
::*Prossessos adiabáticos: nenhuma troca de calor entre sistema e meio externo. Um processo ou transformação qualquer é
::::*isotermo quando é conduzido à temperatura ambiente,
::::*isóbaro quando é conduzido à pressão constante e
::::*isocoro quando é conduzido a volume constante.
Diz-se que um processo é reversível quando o sistema está, a qualquer momento, em equilibro durante o andamento do mesmo..
 
 
 
 
== Primeira lei da termodinâmica ==
 
No decorrer de múltiplas experiências cientificas, uma observação sobre a energia sempre foi verificada. Trate-se de uma lei (do mesmo valor que a lei de gravitação universal). É a primeira lei da termodinâmica que pode ser expressa de diversas maneiras, por exemplo:
*A energia do universo é constante.
 
ou ainda
*No decorrer de um processo qualquer , a energia pode se transformar más não pode ser criada, nem destruída.
 
 
Como:
Universo = sistema + meio externo, a primeira lei pode ser escrita :
<center><math>E_{universo}\;=\;E_{sistema}\;+\;E_{meio\;externo}\;=\;constante</math></center>
 
o que nos podemos expressar por:
 
<center><math>dE_{universo}\;=\;dE_{sistema}\;+\;dE_{meio\;externo}\;=\;0</math></center>
 
 
Em conseqüência, qualquer mudança de energia de um sistema é acompanhada por uma variação de um mesmo valor absoluto, más de sinal oposto, na energia do meio externo.
<center><math>dE_{sistema}\;=\;-dE_{meio\;externo} \qquad ou\qquad \Delta E_{sistema}\;=\;-\Delta E_{meio\;externo}</math></center>
 
Qualquer mudança de energia do sistema <math>\;\Delta E_{sistema}</math>, que designaremos por <math>\;\Delta E</math> a partir de agora é o resultado de trocas de energia com meio externo ( o que é dado para um foi dado pelo outro). Poderemos calcular <math>\;\Delta E</math> adicionando todos as trocas entre o sistema e o meio externo:
<center><math>\Delta E\;=\; Q + W </math></center>
 
 
Por causa da primeira lei , a energia do sistema é uma função de estado quer dizer uma função
::*cujo valor depende só do estado atual
::*cuja diferencial total é exata
::*cujas mudanças de <math>\;\Delta E</math>, durante uma transformação qualquer, não depende do caminho utilizado.
 
Em efeito, vamos supor o contrário. Se <math>\Delta E,</math>
dependesse do caminho utilizado, poderíamos construir um caminho cíclico, quer dizer uma successão de transformações que levaria finalmente ao estado inicial para aqueles a mudança de energia não seria nula. Poderíamos criar energia o que todas as observações feitas ate hoje indicam como impossível.
 
 
'''Cuidado'''
O calor e o trabalho não são funções de estado, visto que a primeira lei se aplica à energia (soma de todas trocas de energia). Se um sistema se transforma do estado inicial 1 para o sistema final2 por dois caminhos diferentes A e B, temos
<center><math>\Delta A = \Delta B\; =\; E2 -E1</math></center>
Por conseqüência, temos também:
<center><math>Q_A+W_A\; =\; Q_B+W_B</math></center>
Porém, mesmo se a soma das trocas é a mesma qualquer seja o caminho utilizado, podemos muito bem ter:
<center><math>Q_A\ne Q_B \qquad e \qquad W_A\ne W_B</math></center>
 
 
Exemples de funções de estado:
 
:A temperatura, o volume molar, o ponto de ebulição, a relação <sup>16</sup>O/<sup>18</sup>O de um composto, a idade de uma pessoa são exemplos de função de estado que dependem somente do estado presente e não da história do sistema.
 
 
Exemplos de grandezas que não são funções de estado:
 
:O tamanho das partículas num precipitado, a idade de uma pessoa que se deslocou a uma velocidade próxima da velocidade da luz.

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