Energia Interna em Termodinâmica

O Energia interna é a quantidade termodinâmica que é igual ao soma de todas as energias de um sistema, como cinética e potencial. Tem sido representado como E, e às vezes como U.

E = Ec + Ep + ...

É aquele que define o Primeira Lei da Termodinâmica. Esta lei estabelece o conservação de energiaEm outras palavras, não é criado nem destruído. Em outras palavras, esta lei é formulada dizendo que para uma determinada quantidade de uma forma de desaparecendo energia, outra forma dele aparecerá em uma quantidade igual para a quantidade em falta.

Sendo uma unidade de energia, é medido em unidades Joule (J), de acordo com o Sistema Internacional de Unidades.

A Primeira Lei da Termodinâmica é explicada com alguns quantidade de calor "q" adicionada ao sistema. Esta quantidade dará origem a um aumento da energia interna do sistema, e também fará algum trabalho externo "w" como consequência da referida absorção de calor.

ΔE + w = ​​q

ΔE = q - w

Se declararmos como ΔE o aumento da Energia Interna do sistema e “w” o trabalho realizado pelo sistema no contorno, então teremos a fórmula anterior.

A equação constitui o estabelecimento matemático da Primeira Lei da Termodinâmica. Como a energia interna depende apenas do estado de um sistema, então a mudança do próprio ΔE, envolvida na passagem de um estado onde a energia interna é E₁ para outro onde está E₂ deve ser dado por:

ΔE = E₂ - E₁

Assim, ΔE depende apenas dos estados inicial e final do sistema e de forma alguma da maneira como essa mudança foi feita.

Essas considerações não se aplicam a "w" e "q", pois a magnitude destas depende da maneira como o trabalho é feito na passagem do estado inicial para o estado final.

O símbolo "w" representa o trabalho total realizado por um sistema. Em uma célula galvânica, por exemplo, w pode incluir a Energia Elétrica fornecida, mais, se houver uma alteração volume, qualquer energia usada para efetuar a expansão ou contração contra uma pressão oposta "P".

A mudança no volume é melhor vista no pistão de um motor de combustão interna, por exemplo. Trabalho realizado pelo sistema contra uma pressão oposta "p", que é a externa, e com mudança de Volume de V₁ até V₂, é descrito com a fórmula:

w = pΔV

Se o único trabalho realizado pelo sistema for desta natureza, então a substituição desta equação na Primeira Lei da Termodinâmica é:

ΔE = q - w -> ΔE = q - pΔV

As equações da Primeira Lei da Termodinâmica são perfeitamente gerais e se aplicam ao cálculo da Mudança de Energia Interna ΔE, Trabalho w, Calor q. No entanto, sob condições especiais, essas equações podem assumir formas particulares.

1.- Quando o O volume é constante: se o volume não variar, então ΔV = 0, e o trabalho w será 0. Portanto, considera-se apenas:

ΔE = q

2.- Quando o pressão de oposição p é zero: Um processo deste tipo é denominado Expansão Livre. Portanto, se p = 0, então w será calculado como w = 0. Novamente:

ΔE = q

As quantidades q, w e ΔE são mensuráveis ​​experimentalmente, mas as magnitudes de E como tais não são; este último fato não é um obstáculo na Termodinâmica, uma vez que estamos interessados ​​principalmente nas mudanças de E (ΔE), e não nos valores absolutos.

Exemplos de energia interna

1.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 1500 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 400 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 400 J

ΔE = 1100 J

Houve um aumento na energia interna

2.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 2300 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 1350 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 2300 J - 1350 J

ΔE = 950 J

Houve um aumento na energia interna

3.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 6100 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 940 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 6100 J - 940 J

ΔE = 5160 J

Houve um aumento na energia interna

4.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 150 Joules e conseguiu fazer um trabalho de 30 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 150 J - 30 J

ΔE = 120 J

Houve um aumento na energia interna

5.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 3400 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 1960 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 3400 J - 1960 J

ΔE = 1440 J

Houve um aumento na energia interna

6.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 1500 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 2400 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 1500 J - 2400 J

ΔE = -900 J

Houve uma diminuição na energia interna

7.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 9600 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 14000 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 9600 J - 14000 J

ΔE = -4400 J

Houve uma diminuição na energia interna

8.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 2800 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 3600 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 2800 J - 3600 J

ΔE = -800 J

Houve uma diminuição na energia interna

9.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 1900 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 2100 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 1900 J - 2100 J

ΔE = -200 J

Houve uma diminuição na energia interna

10.- Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calcule a variação da Energia interna de um sistema ao qual foi adicionado um calor de 200 Joules e conseguiu realizar um trabalho de 400 Joules.

ΔE = q - w

ΔE = 200 J - 400 J

ΔE = -200 J

Houve uma diminuição na energia interna