Energia, conceitos, transferência e análise

Considere uma sala cuja porta e janelas hermeticamente fechadas e cujas paredes isoladas adiabaticamente. Um refrigerador com as portas abertas é colocado no meio da sala, e ligado a uma tomada, conforme ilustra a Fig.1. O que acontece com a temperatura média do ar na sala?

Figura 1: Uma geladeira aberta numa sala adiabática aumentará a temperatura do ar.

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

Discussão: Uma hipótese é que a temperatura média do ar da sala diminuirá, a medida que o ar mais quente se mistura ao ar refrigerado, mas outra hipótese é que o calor gerado pelo motor pode ser maior que o efeito da refrigeração. E se o motor não gerar calor?

No entanto, se pensarmos no princípio da conservação de energia e tomarmos toda a sala, incluindo o ar e o refrigerador como o sistema, que é adiabático, temos que a única interação de energia é a elétrica que cruza a fronteira do sistema e entra na sala.

A conservação de energia requer que o conteúdo de energia da sala aumente numa quantidade igual à quantidade de energia elétrica consumida pelo refrigerador. Como o refrigerador ou o motor não armazena esta energia, ela deve estar no ar da sala e se manifestará como uma elevação da temperatura.

Agora, o que você acha que acontece com a temperatura do ar se ao invés de uma geladeira estiver na sala um ventilador (Fig.2)

Figura 2: Um ventilador numa sala adiabática.

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

2.1  energia interna (U)

A energia interna de um sistema é a soma de todas as formas micróscópicas de energia (Fig.3).

Figura 3: Energia interna de um sistema

  Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

A parte da energia interna de um sistema associada às energias cinéticas das moléculas é chamada de energia sensível. A temperaturas mais altas as moléculas possuem energias cinéticas mais alta pois o grau de atividade das moléculas são proporcionais à temperatura, e portanto isto resulta em uma energia interna mais alta.

A energia interna associada à fase de um sistema é chamada de energia latente. As força que ligam moléculas entre si são mais fortes nos sólidos e mais fracas nos gases. De fato, se for adicionada energia suficiente às moléculas de um sólido ou de um líquido eles se transforma em um gás, num processo chamado de mudança de fase.

A energia interna associada às ligações atômicas de uma molécula é chama de energia química, numa reação química, como num processo de combustão algumas ligações químicas são destruídas e outras são formadas e a energia interna muda.

A quantidade de energia associada às fortes ligações existentes no interior do núcleo do átomo é chamada de energia nuclear.

As formas de interação de energia associadas a um sistema fechada são transferência de calor e trabalho. Uma interação de energia é transferência de calor se sua força motriz for uma diferença de temperatura, caso contrário ela é trabalho.