Antes de falar da 1ª lei da termodinâmica, precisamos dar um passo atrás e falar de energia.

Energia pode atravessar a fronteira de um sistema fechado apenas através de duas formas distintas: trabalho ou calor.

Calor: interação energética entre o sistema e a vizinhança provocada por uma diferença de temperatura.

Trabalho: interação energética entre o sistema e a vizinhança cujo único efeito sobre as vizinhanças é equivalente ao levantamento de um peso. (ou melhor, tudo que não é calor rs’)

Ou seja, com essa definição de um sistema fechado e as possíveis interações na fronteira, conseguimos distinguir calor e trabalho.

Caso ainda não esteja tão claro, podemos ir a alguns exemplos.

Até este ponto, conseguimos identificar a partir de um esquema do fenômeno as interações energéticas, mas como mensurar isto?

Vamos descobrir!

Trabalho e Calor

Antes de tudo, vamos definir algumas coisas para facilitar a nossa compreensão.

1. Trabalho e calor são fenômenos de fronteira. Ambos são observados na fronteira do sistema e são responsáveis pela transferência de energia entre o sistema e sua vizinhança.

2. Trabalho e Calor são fenômenos transitórios. Os sistemas não possuem trabalho ou calor, isto é, ambos não são propriedades termodinâmicas.

De acordo com 2, já podemos parar de falar que estamos com calor, né? O calor a ninguém pertence, pare de querer prendê-lo a você! rs’

Um outro ponto importante sobre calor e trabalho é que ambos são funções de caminho. Tá, mas o que isso significa?

Resumidamente, significa que você pode ir de um estado inicial a um final, de diferentes maneiras, e não necessariamente teremos a mesma quantidade de calor e/ou trabalho envolvidas no processo.

Isso ficará claro, mais a frente…

Antes de seguir, faremos algumas definições.

Em termodinâmica, normalmente estamos interessados em quantificar as relações de trabalho de maneira direta, obtendo a quantidade de calor de maneira indireta. spoiler alert: usando a primeira lei.

Trabalho

Trabalho realizado na fronteira móvel de um sistema simples compressível.

Do estudo em mecânica, e fazendo as correlações necessárias, podemos chegar na seguinte relação:

Nós deduzimos esta expressão considerando que a pressão na superfície inferior do pistão é uniforme.

O que é válido de se pensar, se considerarmos que o processo ocorre lentamente - em termodinâmica chamamos isso de um processo quase-estático, podemos dizer que um único valor de pressão é representativo do sistema.

Da expressão que obtivemos, chegamos a conclusão que podemos encontrar o valor do trabalho de duas maneiras.

1. Relação P-V obtida experimentalmente ou dada na forma gráfica;

2. Relação P-V tal que possa ser ajustada por uma função analítica.

Exemplificando, podemos usar 1 assim:

O trabalho é dado pela área em baixo da curva. Isso também esclarece um ponto em aberto que deixamos acima, quando falamos de função de caminho.

Você pode notar que caso fossemos de 1 até 2 por outro caminho, a área em baixo da curva seria outra, e por conseguinte, o trabalho também.

Já o segundo caso, referente a função analítica, é o caso do processo politrópico.

Em um processo politrópico, temos a relação entre P e V destacada pela expressão:

E usando relação de gases perfeitos e uma manipulação algébrica, podemos chegar na expressão do trabalho em um processo politrópico:

Calor

Temos 3 mecanismos de troca de calor, são eles:

Condução: Transferência em sólidos ou líquidos estacionários devido ao movimento aleatório de átomos, moléculas e/ou elétrons constituintes;

Convecção: Transferência devido ao efeito combinado do movimento global e aleatório de um fluído sobre uma superfície;

Radiação: Energia emitida pela matéria devido a mudanças na configuração de seus elétrons e transportada por ondas eletromagnéticas (ou fótons).

Normalmente, temos os 3 mecanismos acontecendo concomitantemente e a soma de suas parcelas contribuem para a parcela total referente a troca de calor

Com tudo isto definido, podemos falar sobre as convenções de sinais adotadas, ou seja:

E eu acho melhor fecharmos essa edição aqui, em uma próxima edição traremos como é explicitada a 1ª lei, por enquanto sem mais spoilers.

Ah, e eu já estou ansioso para este conteúdo!

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Por hoje é só, obrigado pelo seu tempo, e até a próxima!