A primeira lei da termodinâmica

A Primeira Lei da Termodinâmica tem o seguinte enunciado:

energia não pode ser criada nem destruída durante um processo: ela pode apenas mudar de forma

Por exemplo, uma pedra em queda livre perde uma parcela de energia potencial (mgΔz) que é exatamente igual ao aumento da energia cinética () desde que resistência do ar seja desprezível.

Outros exemplos:

•     uma batata assando num forno, Fig. 1, onde a transferência de calor a batata faz com que sua energia total aumente numa quantidade igual à quantidade de calor transferido, desde que seja desprezada a perda de massa (umidade) da batata, ou seja, se 5 kJ for transferido a energia da batata aumenta em 5 kJ.

Figura 1: Batata assando num forno

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

•     o aquecimento da água numa panela, Fig. 2. O queimador transfere 15 kJ para a água, 3 kJ são perdidos da água para o ar ambiente, e portanto, o aumento da energia será igual a diferença de 12 kJ, que são efetivamente transferidos para a água.

Figura 2: aquecimento de água numa panela

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

•     a Fig.21 ilustra que num recepiente adiabático a energia total do sistema aumentará se for movimentada uma hélice, onde sendo a interação de calor (Q=0) tem-se que o trabalho de eixo 8 kJ é convertido em aumento da energia do sistema.

Figura 3: trabalho de eixo num recipiente adiabático

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

De acordo com os exemplos acima, tem-se que o princípio da conservação de energia pode ser expresso como:

a variação líquida da energia total do sistema durante um processo é igual à diferença entre a energia total que entra () e a energia total que sai () do sistema:

os valores das energias internas específicas ( e ) podem ser determinados através de tabelas de propriedades. Como a maioria dos sistemas são estacionários a equação se reduz a ΔE=ΔU.

A transferência de energia de um sistema pode ser de três formas: calor, trabalho e fluxo de massa (Fig. 4.

Figura 4: Formas de Transferência de Energia num volume de controle

Fonte: (ÇENGEL; BOLES; CÁZARES, 1996)

A transferência de Calor gera aumento ou diminuição de energia interna, pois aumenta ou diminui a energia das moléculas.

A realizaçõ de trabalho sobre um sistema aumenta a energia do sistema. A energia transferida de um sistema para gerar trabalho, diminui a energia do sistema.

A energia do sistema aumenta ou diminui quando há entrada ou saída de massa, respectivamente, pois massa é na verdade energia.

Assim, explicitamente, o balanço de energia pode ser expresso pela equação abaixo, a qual pode ser re-escrita tanto por unidade de tempo como por unidade de massa: