A Primeira Lei da Termodinâmica Explicada

o olá pessoal meu nome é pedro lourenço e bem-vindos ao curso de física básica do ciência todo dia [Música] e aí e aí tô vendo continuidade ao nosso estudo da termodinâmica o nosso objetivo nesse vídeo será apresentar mais uma das leis fundamentais que regem os sistemas termodinâmicos a primeira lei essa lei nada mais é do que além de conservação de energia que nós iremos o primeiro capítulo só que aplicado a esses temas mas vamos ver que com que nós já sabemos de conservação de energia e definição de calor será sempre entendemos o que é primeira

lei da termodinâmica tem pelo gizé lembrando do capítulo quando apresentamos o conceito de energia e como ela se conserva em um sistema fechado havíamos discutido que a energia pode se apresentar a natureza e diversas formas e que ela nunca pode aparecer ou sumido nada ou seja ela nunca pode ser criada ou destruída só que ela pode ser transferido ou transformada desde que o número final de energia seja o mesmo inicial aqui não vai ser diferente só que a conservação da energia estará ligado o que chamamos de energia interna de um sistema termodinâmico e envolverá a

troca de calor e o é realizado por esse sistema vamos por partes iniciar vamos considerar novamente a nossa caneca de café matinal do bem quente o exemplo a segunda física como sabemos o café dentro dessa caneca é formada por inúmeras moléculas que estão em constante movimento esses movimentos podem se apresentar de diversas maneiras como translação rotação e vibração por exemplo o importante para nós aqui aqui independente do tipo de movimento que essas moléculas do café realizo todas elas carregam a energia associada portanto o sistema como um todo possui uma energia e essa energia que nós

chamamos de energia interna uma vez que ela vem da estrutura interna do sistema termodinâmico que nós estamos analisando que nesse caso é o café mas nós aprendemos no vídeo anterior que o calor é uma quantidade que diz respeito à transferência de energia entre copos que estão em diferentes temperaturas e que a temperatura de um sistema termodinâmico está diretamente ligado ao grau de agitação térmica das suas moléculas com isso nós podemos suspeitar que caso a nossa caneca de café esteja em conta oi gente externo cuja temperatura é diferente mas existe um fluxo de calor no sistema

isso vai de alguma forma alterar a energia interna do café e de fato é isso que acontece vamos analisar duas situações possíveis a primeira situação é a primeira lei onde só existe troca de calor vamos pegar novamente a nossa caneca de café bem quente talvez anos 80 graus celsius e vamos colocar ela sobre a mesa da cozinha também vamos levar em conta que o ambiente esteja uma temperatura amena tipo uns 25 graus celsius como falamos antes podemos associar uma energia interna ao café decorrente do movimento das suas moléculas vamos dizer que essa energia interna inicial

é cup mas não vamos nos importar com números nesse exemplo como a temperatura inicial do café alta esse movimento interno é bastante agitado e como sabemos a temperatura de respeita quanto o sistema é capaz de transferir calor nesse caso como café está numa temperatura superior à da cozinha ele irá ceder calor ou energia térmica do ambiente quando o equilíbrio térmico e o café possui uma energia interna inferior inicial que nós vamos chamar de uhf nós também vamos chamar o calor cedido por um ambiente de que como só a troca de calor envolvidas mas podemos montar

uma expressão para a primeira lei quem vai ficar uefi - wii igual a quê que é menor do que zero em outras palavras isso quer dizer que a energia interna final menos energia interna inicial vai ser igual o calor recebido ou cedido só que como energia interna inicial é maior do que a energia interna final isso tem que ser menor do que zero o que significa que calor foi cedido ou seja o que é equação diz é que a quantidade de energia interna que o sistema caneca mais café perdeu uma forma de calor é exatamente

igual à quantidade de energia térmica que o ambiente externo ganhou isso é um resultado muito importante porque significa que a energia total do sistema como um todo se manteve a mesma na segunda situação vamos fazer o oposto da anterior o ambiente vai estar numa temperatura mais elevada do que a nossa bebida vamos continuar mantendo a cozinha em em celsius mas agora nossa bebida será uma lata de refrigerante bem gelada a 3 graus celsius por exemplo nesse caso embora a temperatura do ambiente não seja muito alta para os nossos padrões ela é suficientemente maior do que

a do refrigerante ou seja é certa que as moléculas que compõem esse ambiente estão um grau de agitação térmica superior da bebida e o calor vai fluir do ambiente para dentro da lata sinergia interna do refrigerante inicialmente for mim após receber energia térmica na forma de calor fornecida pelo ambiente externo em equilíbrio for atingido ela passará a ser o f considerando que esse calor cedido pelo ambiente é que temos novamente a primeira lei para esse caso o f - wii u = q e isso é maior do que zero em outras palavras a energia interna

final menos energia interna inicial vai ser igual ao calor recebido ou cedido mas se a lata termina com uma temperatura maior do que inicial isso também significa que energia final é maior do que energia inicial como o valor maior que zero o que significa que energia foi cedida para nossa lata em outras palavras a quantidade de energia que o ambiente perdeu em forma de calor é exatamente o conta energia interna do nosso refrigerante aumentou portanto a energia completa do sistema ambiente mais refrigerante também se manteve constante ok até aqui nós não tivemos muitas dificuldades a

primeira lei da termodinâmica no caso em que só troca de calor envolvida acaba sendo só uma extensão dos resultados que vemos o vídeo anterior e no primeiro do capítulo do curso já que a conservação de energia foi avaliada por meio da variação da energia interna do sistema termodinâmico que estamos analisando a pergunta que vem agora é será que a única forma de modificarmos energia interna é por meio da troca de calor ou existem outras maneiras se sim quais e a resposta é sim e essa outra forma de modificar energia interna de um sistema é algo

conhecido por nós e que nós já apresentamos anteriormente nos outros capítulos que é por meio do trabalho não importa a ser realizado sobre o sistema é realizado pelo sistema isso nos leva o caso da primeira lente só a trabalho envolvido o trabalho nada mais é do que a modificação da energia de um sistema por meio da ação de um mais força sobre ele vezes um certo deslocamento que nada mais é do que a trajetória feita pelo corpo durante a estação no caso até com dinâmico a ideia é exatamente a mesma mas talvez não seja algo

tão visual e natural conta da mecânica mas existe um tipo de sistema termodinâmico onde é fácil de enxergar as modificações que o trabalho causa que é em gás elas ficam mais claras neles pois podemos observar diretamente a variação do volume do gás nessas situações para isso nós vamos considerar uma situação idealizada que vai facilitar a nossa compreensão vamos supor que nós temos um recipiente cilíndrico com um embolo encaixado na parte superior de maneira que esse sistema não troca calor com o ambiente externo isso é muito importante porque nós podemos considerar ele o sistema isolado nesse

caso como não há nenhuma troca de calor então que é igual a zero dentro desse livro existe um gás cujas moléculas a compõem estão em constante movimento da mesma forma que consideremos o caso da caneca de café logo como essas moléculas também carregam energia cinética média associada o nosso lugares possui uma energia interna iniciar o punho e vamos analisar duas situações possíveis primeiro o trabalho realizado sobre o gás nesse primeiro caso vamos aplicar uma força sobre o embolo para comprimir o gás e diminuir o seu volume o que que vai acontecer com a energia interna

do nosso sistema conforme a força é aplicada em wembley abaixado o volume vai diminuindo e com isto o número de colisões que as moléculas de gás realizam entre si e com o próprio ângulo aumenta já que a cada vez menos espaços para ela se movimentar área ao realizar essas colisões elas ganham energia cinética de movimento importante é energia interna final do sistema também aumenta então esse aumento da energia interna do gás é devido ao trabalho realizado sobre o em ball que é exatamente energia que fornecemos para o sistema se nós chamamos esse trabalho feito sobre

o sistema e é positivo pois estamos referindo a energia no sistema e a energia interna final do gajeel efe a primeira lei da termodinâmica nesse caso nos diz uefi - wii é igual a w que é maior do que zero porque o trabalho foi realizado sobre o sistema em outras palavras a energia interna final menos energia em carne se ao é igual ao trabalho e esse valor é maior do que zero porque nós estamos inserindo energia no sistema e o segundo caso é o trabalho realizado pelo gás agora nós vamos ver uma situação oposta à

anterior nesse caso não haverá nenhuma força externa atua não lembro empurrando ele para baixo vamos supor que a temperatura inicial do sistema seja alto o suficiente para que haja uma grande agitação térmica das moléculas que constituem o gás e que inicialmente o sistema possui uma energia em cada inicial ui como uma grande agitação das moléculas as colisões delas como engulo serão muitas e isso irá empurrá-lo para cima de tal forma que o sistema possa como sempre ocorre em situações naturais buscar o seu estado de equilíbrio é e do embolo para cima o volume do gás

vai aumentar isso fará com que a energia cinética média das partículas diminua porque o gás vai ficar mais espaço espalhado diminuindo o número de colisões entre elas então que nós podemos entender desse caso é que o trabalho realizado para mover o símbolo é feito pelo próprio gás esse trabalho realizado pelo gás é negativo contrapondo-se à situação anterior chamando a rede w como antes e considerando que a energia interna final que nós chamamos de uefi no nosso sistema será menor do que inicial nós temos o f - wii é igual a w ea menor do que

zero o que significa que o trabalho foi realizado pelo sistema ou seja essa variação da energia interna do gás foi cedida na forma de trabalho para movimentar o ângulo resultando na conservação da energia total nosso sistema existem dois pontos importantes a serem ressaltados acerca dessas situações apresentadas e que valem a pena ser em comentários aqui o primeiro é que quando falamos de um trabalho realizado sobre o pelo gás essa só depende de qual foi o processo termodinâmico que nos levou da configuração inicial até a final do gás o que queremos dizer com isso aqui um

processo termodinâmico pode assumir diversas formas ou seja ele pode ser feito mantendo a pressão no sistema constante o que nós chamamos isobárico sem troca de calor o que nós chamamos de adiabático ou mantendo a temperatura constante o que nós chamamos de isotérmico no nosso caso nós assumimos uma simplificação da situação de não há troca de calor do sistema ambiente externa o segundo ponto aqui independente do processo termodinâmico pelo qual o trabalho foi realizado a energia interna do sistema depende somente das configurações inicial e final dele ok até aqui analisamos a primeira lei da termodinâmica em

duas situações possíveis quando só a troca de calor e quando só trabalho envolvido no processo obviamente a situação mais geral e que desenvolveremos agora ocorre quando as duas formas de modificar energia interna de um sistema estão presentes não é difícil perceber que essa expressão mais geral nada mais é do que uma combinação das duas situações anteriores a apresentar a primeira lei da termodinâmica nessa forma mais geral e depois discutiremos um pouco do que ela nos diz seguindo os moldes anteriores para qualquer processo envolvendo o sistema termodinâmico avaliação da sua energia interna será dada pela diferença

entre o calor que é inserida nesse sistema e o trabalho realizado por ele ou coloca numa equação uefi menos o e é igual a que menos o w e essa é a equação da primeira lei da termodinâmica ou seja o que a primeira além dos disso é que a variação de energia interna do sistema é justamente a quantidade de energia que é cedida por ambiente simples e fácil ok vamos voltar para o cilindro com êmbolo podem ser temos uma quantidade de calor que no gás o grau de agitação térmica das moléculas vai aumentar e atender

a realizar um trabalho w sobre o embu mudando a sua posição e aumentando o volume onde o gás está contido até que o equilíbrio seja atingido a variação da energia interna que o gás sofreu nessas circunstâncias é exatamente igual a diferença entre energia que inserimos o sistema na oi e o trabalho que o gás realizou sobre o embolo portanto no fim de tudo a energia total e sempre conservada o que nós podemos concluir disso tudo mais uma vez é que a conservação de energia talvez seja lei mais fundamental de toda a física uma vez que

nunca presenciamos a sua violação independente de qual tipo de sistema nós estamos estudando e como ver os na termodinâmica não é diferente ela é conservada que bom no próximo vídeo apresentaremos um dos conceitos mais integrantes de todas físicas a entropia através dela nós construiremos a segunda lei da termodinâmica dando sequência as nossas histórias muito obrigada e até a próxima e aí