A energia e o princípio da primeira lei da termodinamica

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· A energia e o princípio da primeira lei 
A energia é uma grandeza física fundamental presente em todos os fenômenos físicos e químicos. Ela é definida como a capacidade de realizar trabalho, que é a transferência de energia de um sistema para outro. A energia pode assumir diversas formas, como energia cinética, energia potencial, energia térmica, energia elétrica, energia química, entre outras.
A primeira lei da termodinâmica é uma das leis mais fundamentais da física e estabelece que a energia total de um sistema isolado permanece constante.
Essa lei é uma expressão do princípio da conservação da energia, que afirma que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma para outra. Em outras palavras, a energia pode ser convertida de uma forma para outra, mas a sua quantidade total no universo permanece constante.
A primeira lei da termodinâmica tem implicações importantes para a compreensão do comportamento dos sistemas termodinâmicos, como gases, líquidos e sólidos. Por exemplo, se um sistema é submetido a uma fonte de calor ou trabalho, sua energia interna aumenta. Por outro lado, se o sistema perde calor ou trabalho, sua energia interna diminui.
Onde, ΔU é a variação da energia interna do sistema, Q é o calor adicionado ao sistema e W é o trabalho realizado sobre o sistema. 
De acordo com Bodsworth e Appleton1, Gaskell2 e Adamian3, a expressão é escrita como: ΔU = Q - W, enquanto para Cavallante e Lúcio4, Atkins5, Guggenheim6 e Moore7, a expressão é ΔU = Q + W. 
Ambas as expressões descrevem a relação entre a variação da energia interna de um sistema (ΔU), o calor adicionado ao sistema (Q) e o trabalho realizado sobre o sistema (W).
Para utilizar a expressão da Primeira Lei da Termodinâmica na forma ΔU = Q + W, é necessário obedecer às seguintes convenções de sinais:
· O trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente é positivo e o trabalho realizado sobre o sistema pelo ambiente é negativo.
· O calor adicionado ao sistema é positivo e o calor removido do sistema é negativo.
Essas convenções de sinais são importantes para garantir a consistência na aplicação da primeira lei da termodinâmica e evitar erros de interpretação dos resultados obtidos.
Essa equação mostra que a energia interna de um sistema pode mudar devido à transferência de calor ou trabalho, mas a energia total permanece constante em um sistema isolado.
A equação da primeira lei da termodinâmica é útil para determinar as mudanças na energia interna de um sistema, bem como para analisar processos termodinâmicos, como a compressão e a expansão de gases. É importante ressaltar que a primeira lei da termodinâmica se aplica apenas a sistemas isolados, ou seja, sistemas que não trocam energia ou matéria com o ambiente externo.
Exemplo1:
Vamos considerar um gás que sofre uma compressão isotérmica a uma temperatura constante de 300K. Durante esse processo, 200 J de calor são removidos do sistema e são realizados 400 J de trabalho sobre o gás.
Para calcular a variação de energia interna (ΔU), podemos usar a expressão ΔU = Q - W, já que o trabalho foi realizado sobre o sistema e o calor foi removido do sistema. Temos:
ΔU = Q - W 
ΔU = -200 J - 400 J 
ΔU = -600 J
Nesse caso, a variação de energia interna é negativa, o que indica que a energia interna do sistema diminuiu durante o processo. Isso ocorre porque mais trabalho foi realizado sobre o gás do que calor foi adicionado a ele.
Exemplo2:
Considerando um gás que sofre uma expansão isotérmica a uma temperatura constante de 400K. Durante esse processo, 300 J de calor são adicionados ao sistema e são realizados 150 J de trabalho pelo gás.
Para calcular a variação de energia interna (ΔU), podemos usar a expressão ΔU = Q + W, já que o trabalho foi realizado pelo sistema e o calor foi adicionado a ele. Temos:
ΔU = Q + W 
ΔU = 300 J + 150 J 
ΔU = 450 J
Nesse caso, a variação de energia interna é positiva, o que indica que a energia interna do sistema aumentou durante o processo. Isso ocorre porque mais calor foi adicionado ao sistema do que trabalho foi realizado por ele.
Referência bibliográfica: 
1- Bodsworth, C. J.; Appleton, J. P. Introduction to Thermodynamics. Butterworth-Heinemann, 1994.
2- Gaskell, D. R. Introduction to the Thermodynamics of Materials. Taylor & Francis, 2003.
3- Adamian, V. M. Thermodynamics: Fundamentals and Applications. CRC Press, 2011
4- Cavallante, A. A.; Lúcio, A. A. Fundamentos de Termodinâmica. LTC, 2008.
5- Atkins, P.; de Paula, J. Physical Chemistry. Oxford University Press, 2010.
6- Guggenheim, E. A. Thermodynamics: An Advanced Treatment for Chemists and Physicists. North-Holland Publishing Company, 1967.
7- Moore, W. J. Physical Chemistry. Longmans, Green and Co., 1962.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física. 9 ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2012