Primeira Lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia)

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1 Primeira Lei da Termodinâmica (Lei da Conservação da Energia)
Primeira Lei da Termodinâmica para um sistema fechado Se num sistema fechado trabalho e calor estão presentes, então o trabalho realizado não iguala a mudança de energia do sistema, pois o processo não é adiabático. Lei de conservação de energia: “A energia no estado inicial (E1) mais ou menos qualquer adição ou subtração de energia do sistema deverá igualar a energia no estado final (E2).” Esta equação é o postulado da 1ª lei da termodinâmica ou da conservação de energia para um sistema termodinâmico fechado Obs.: Note que adicionamos energia na forma de calor (+Q) e diminuímos energia do sistema na forma de trabalho (+W).

2 Considere um sistema fechado que realiza um ciclo.
Os valores de “Q” e “W” num ciclo não necessariamente são zero, mas a mudança de estado do sistema é nula quando este completa o ciclo. Ou seja: Em outras palavras, a integral cíclica do calor é proporcional a integral cíclica do trabalho: Obs.: -Termodinamicamente, um sistema nunca armazena calor ou trabalho porque estes fenômenos são transitórios que terminam sua existência uma vez termina o processo. -Assim como para todas as leis da natureza, a evidência experimental evidencia a primeira lei da termodinâmica

3 , sendo esta a variação da energia do sistema
Considere um sistema fechado que realiza uma mudança de estado. Para processos arbitrários A e C: (quadro negro) Assim, é igual para todos os processos entre os estados 1 e 2, dependendo apenas do estado inicial e final e não dependendo do caminho percorrido entre os dois estados. Esta é, portanto, uma função ponto e a diferencial de uma propriedade do sistema. , sendo esta a variação da energia do sistema (1) integrando: E representa toda a energia do sistema em um dado estado (energia potencial e cinética, energia associada a posição, movimento das moléculas ou estrutura atômica, energia química, etc.).

4 Também podemos entender E como a somatória dos trabalhos adiabáticos realizados ou recebidos pelo sistema: Pela substituição da Eq. acima em (1) temos que: (2) - Vimos que a energia cinética pode ser dada por: - e a energia potencial pode ser dada por:

5 Substituindo as expressões para energia cinética e potencial em (2):
(3) Integrando (3): (4) Esta é a lei da conservação da energia: “A variação líquida de energia do sistema é sempre igual a transferência líquida de energia através da fronteira do sistema, na forma de calor e trabalho”. Nada pode ser dito através das Eqs. (3) e (4) sobre os valores absolutos dessas grandezas. Estados de referência precisam ser admitidos para a atribuição de valores para as quantidades em estados especificados.

6 uma propriedade termodinâmica
Energia Interna, U uma propriedade termodinâmica é uma das propriedades independentes de uma substância pura; por exemplo, se especificarmos a pressão e a energia interna do vapor superaquecido a temperatura também estará determinada. u também pode ser tabulado em relação a uma referência arbitrária. Assim como para o volume específico:

7 EXEMPLO 1: Água contida num conjunto pistão-cilindro realiza dois processos em série de um estado inicial, onde a pressão é 10 bars e a temperatura é 400 oC. - Processo 1-2: a água é resfriada enquanto é comprimida a pressão constante até o estado de vapor saturado a 10 bars. - Processo 2-3: a água é resfriada a volume constante até 150 oC. Esboce ambos processos em diagramas p-v e T-v. (b) Determine o trabalho para o processo completo, em kJ/kg. (c) Determine o calor para o processo completo, em kJ/kg