Trabalho calor e energia

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Trabalho calor e energia
Sistema: parte do universo que estamos observando e estudando 
Vizinhanças: partes do universo vizinhas do sistema e de onde fazemos as observações e as medidas. 
TRABALHO
É a entidade física fundamental na Termodinâmica. 
Há trabalho quando um corpo é deslocado contra uma força que se opõe ao 
deslocamento. 
Exemplo: expansão de um gás. 
ENERGIA
É a capacidade do sistema em efetuar trabalho.
Quando a energia de um sistema se altera como resultado da diferença de temperatura entre o sistema e suas vizinhanças, se diz que a energia foi transferida na forma de CALOR. 
As fronteiras que são permeáveis à passagem de energia na forma de calor são diatérmicas. 
Um fronteira que não permite transferência de energia na forma de calor é adiabática. 
A fronteira permeável: deixa matéria (e calor) passar entre o sistema e vizinhanças. A pele humana é um bom exemplo. 
Endotérmico e exotérmico.
Um processo que cede energia na forma de calor é exotérmico.
Exemplo: reações de combustão.
Um processo que absorve calor é endotérmico.
Exemplo: vaporização da água.
A energia total de um sistema, na termodinâmica, é a energia interna U. Essa energia é a soma das energias cinética e potencial das moléculas que compõem o sistema. 
A energia interna é uma função de estado, pois o seu valor depende exclusivamente do estado em que está o sistema, e não da forma pela qual ele chegou a este estado. 
∆U = Q +W 
A variação da energia interna de um sistema pode ser escrita como: 
U U f Ui
Exemplo: Um motor elétrico produz 15 kJ de energia, em cada segundo, na forma de trabalho mecânico, e perde 2 kJ de calor para o ambiente, também por segundo. Qual a variação de energia interna do motor? 
∆U = -2 – 15 = -17 kJ
TRABALHO DE EXPANSÃO
Trabalho provocado pela variação do volume do sistema. 
Exemplo: expansão de um gás. 
Expressão geral do trabalho: 
W F dz
O sinal negativo nos informa que quando o sistema desloca o corpo contra a força, a energia interna que efetua o trabalho diminui.
Considerando a pressão externa (Pex), a força do pistão F = Pex * A. 
Quando o sistema se expande, o pistão se desloca dz contra a pressão Pex, o trabalho é W = - Pex * A * dz. 
 Porém, A * dz é a variação de volume V na expansão. Então, o trabalho realizado quando o sistema expande é:
W = -Pex * V
É a expansão contra uma força nula. Ocorre quando Pex = 0. 
Daí, tiramos que: W = 0. 
Ou seja, não há trabalho quando o sistema se expande livremente. 
Exemplo: sistema se expandindo no vácuo. 
Quando nenhum trabalho é realizado durante uma transformação, mas uma quantidade de calor é transferida entre o sistema e as vizinhanças, a variação de energia U experimentada pelo sistema depende da transferência de calor: 
∆U = Q
Quando nenhum calor é transferido durante a transformação, mas algum trabalho é realizado, a variação de energia experimentada pelo sistema depende da quantidade de trabalho: 
∆U = W
Quando o calor é transferido e o trabalho é realizado simultaneamente, a variação de energia experimentada pelo sistema depende de ambos, calor e trabalho: 
Q = ∆U + W (Primeira Lei) 
O calor absorvido sob condições de pressão constante é chamado de variação de entalpia, H: 
Q = ∆H ( a pressão constante)
PV  nRT
P  nRTV
Como nRT são constantes, o trabalho pode ser escrito como: 
W= -nRT V
Calcular o trabalho efetuado quando 50 g de ferro reagem com o ácido clorídrico 
Num vaso fechado de volume fixo 
Num bécker aberto a 25 °C. 
Dada a equação:
Fe(s)  2HCl(aq)  FeCl2 (aq)  H2 (g)
Massa Molar do Fe = 55,85 g/mol
Calcule o valor de w, quando uma substância expande seu volume de 14,00L para 18,00 L, contra uma pressão externa constante de 1,00 atm. Expresse a resposta em: (a) litro-atmosfera; (b) joules. 
1 L atm = 101,3 J 
 W= -P V = -1,00 x (18,00 – 14,00) = -4,0 L atm  -4,00 x 101,3 = -405 J
Um sistema com um volume de 25,00 L absorve exatamente 1,000 kJ de calor. Calcule U para o sistema se: (a) o calor é absorvido a volume constante; (b) o sistema expande para um volume de 28,95 L, contra uma pressão constante de 1,00 atm. 
Se o volume do sistema permanece constante, V = 0, desse modo nenhum trabalho é realizado. (w = –Pext V= 0.) Portanto: U = q + w = q = 1,000 kJ 
A gora, o sistema realiza trabalho à medida que se expande de V1 = 25,00L para V2 = 28,95L contra uma pressão externa Pext = 1,00atm. 
w = –Pext V = – (1,00 atm)(28,95 L – 25,00 L) = – 3,95 L atm