O que expressa a primeira lei da termodinâmica e como se relacionam calor, trabalho e variação da energia interna de um sistema?

Resposta

A primeira lei da termodinâmica expressa a conservação da energia para um sistema termodinâmico, relacionando calor trocado, trabalho realizado e variação da energia interna.

Ela pode ser representada pela equação: Q = \Delta U + W, onde Q é o calor recebido pelo sistema, W é o trabalho realizado pelo sistema e \( \Delta U \) é a variação da energia interna.

A energia interna de um sistema muda conforme o calor recebido e o trabalho realizado.

Por exemplo, suponha que um gás comprimido em um cilindro receba 800 calorias de calor e o pistão realize 300 calorias de trabalho sobre o sistema (isto é, trabalho negativo de -300 cal para o sistema).

Aplicando a primeira lei:

Q = \Delta U + W

800 = \Delta U + (-300)

\Delta U = 800 + 300 = 1100 \text{ calorias}

Ou seja, a energia interna do gás aumentou 1100 calorias devido ao calor recebido e ao trabalho realizado sobre ele.