Calculadora da Primeira Lei da Termodinâmica
A variação de energia interna a partir do calor que entra e do trabalho que sai, com a variação de temperatura que isso implica.
Resultados
O que faz esta ferramenta
A primeira lei é a conservação da energia escrita para sistemas que aquecem. O calor que se põe lá dentro ou fica como energia interna ou sai como trabalho feito sobre o que está à volta — mais nada lhe está disponível. Essa frase única, ΔU = Q − W, é o alicerce sobre o qual toda a termodinâmica está construída, e é também a razão pela qual as máquinas de movimento perpétuo não podem funcionar. Ponha o calor e o trabalho, veja o balanço, e se der uma massa e um calor específico a página converte também a energia que sobra na subida de temperatura que ela produz.
Fórmula
ΔU = Q − W · Q > 0 quando entra calor, W > 0 quando o sistema realiza trabalho
Variáveis
| Símbolo | Significado | Unidade |
|---|---|---|
q | Calor fornecido ao sistema | J |
w | Trabalho feito pelo sistema | J |
m | Massa | kg |
c | Calor específico | J/(kg·K) |
DU | Variação da energia interna | J |
DT | Variação de temperatura | K |
QK | Energia em quilojoules | kJ |
WK | Trabalho em quilojoules | kJ |
UK | Variação da energia interna em quilojoules | kJ |
PR | O que acontece ao sistema | — |
Exemplo resolvido
- Calor fornecido ao sistema5000 J
- Trabalho feito pelo sistema2000 J
- Massa1 kg
- Calor específico718 J/(kg·K)
- Variação da energia interna3000,0000 J
- Variação de temperatura4,178273 K
- Energia em quilojoules5,0000 kJ
- Trabalho em quilojoules2,0000 kJ
- Variação da energia interna em quilojoules3,0000 kJ
- O que acontece ao sistemaGanha energia interna
Limitações
- Misturar unidades é a causa de erro mais comum. Converta todos os valores para as unidades indicadas ao lado de cada campo antes de calcular.
- A fórmula assume condições ideais: sem perdas por atrito, sem resistência do ar e sem perdas de rendimento, a não ser que as introduza.
Perguntas frequentes
Para que lado vão os sinais?
Calor fornecido ao sistema é positivo; trabalho feito pelo sistema sobre o que o rodeia é positivo. Assim, um gás que é aquecido e empurra um pistão para fora tem Q positivo e W positivo, e a energia interna só sobe com o que sobrar. Alguns livros de engenharia trocam o sinal do trabalho e escrevem ΔU = Q + W, com W a ser o trabalho feito sobre o sistema — as duas convenções estão certas e as duas estão impressas, por isso confirme qual é a de um livro antes de comparar respostas. Para meter aqui um sistema a ser comprimido, ponha o trabalho como número negativo.
Porque pode a energia interna descer enquanto entra calor?
Porque o sistema pode estar a fazer mais trabalho do que o calor que recebe, e a diferença tem de vir de algum lado. Um gás a expandir contra um pistão enquanto é só levemente aquecido arrefece, que é exactamente como se comporta um fluido frigorígeno a passar por uma válvula de expansão. A primeira lei não diz que a energia não pode sair — diz que tem de ser contabilizada. Tudo o que entra como calor ou fica como energia interna ou sai como trabalho, sem nada por explicar de qualquer dos lados.