If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Se você está atrás de um filtro da Web, certifique-se que os domínios *.kastatic.org e *.kasandbox.org estão desbloqueados.

Conteúdo principal

Mais sobre energia interna

Ganho de mais percepção sobre energia interna, calor e trabalho. Exemplos de uso da primeira lei para calcular trabalho.  Versão original criada por Sal Khan.

Quer participar da conversa?

  • Avatar blobby green style do usuário valdicon gomes santos
    Qual a quantidade de calor para transformar 329g de gelo na temperatura de congelamento em 329 g de água
    (4 votos)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
  • Avatar blobby green style do usuário Dani de Lima
    você poderia solucionar um exercicio?
    (1 voto)
    Avatar Default Khan Academy avatar do usuário
Você entende inglês? Clique aqui para ver mais debates na versão em inglês do site da Khan Academy.

Transcrição de vídeo

RKA8JV No último vídeo, definimos a energia interna como literalmente toda a energia de um sistema. Essa é a versão mais inclusiva, pelo menos na minha cabeça. Esse é o sistema, que é algum tipo de recipiente, e tem muitas partículas aqui. É literalmente a soma das energias cinéticas de todas as partículas. Se elas tivessem energias potenciais, estariam incluídas lá. Se elas tivessem potencial elétrico, estaria incluído lá também. Se elas fossem ligadas umas com as outras, as energias dessas ligações estariam incluídas lá. É tudo incluído. E eu lhe disse, no último vídeo, que, ao contrário do que se esperava, ''U'' representa a energia interna, mas eu acho que ''U'' contém um universo de energia. Isso só serve para eu conseguir memorizá-lo. Não tente aprofundar muito o que eu acabei de dizer. Isso representa a energia interna. Se você mostrar um sistema, ele tem uma certa quantidade de energia interna. Não quero saber como chegou a esse estado, mas, se você me disse que é um sistema em um determinado estado, talvez com uma certa precisão ou um determinado volume, ou a uma determinada temperatura, eu posso lhe dizer qual é a sua energia interna, especialmente se você me dizer qual é o tipo de molécula e coisas assim. Foi dito também, no último vídeo, que a energia interna é toda a energia do sistema, ela não pode ser aleatoriamente criada ou destruída, ela pode ser apenas transformada de uma forma para a outra. Portanto, em caso de uma variação de energia interna, ela só pode ser devida a, bem, há mais coisas do que estou descrevendo, mas em nosso mundo simples, onde toda a energia em um sistema, e talvez estejamos lidando com gases, porque é com isso que você normalmente trabalha no primeiro ano em um curso de Química, será o calor que poderia ser acrescentado ao sistema mais o trabalho realizado sobre o sistema. Como eu disse no último vídeo, às vezes algumas pessoas dizem, em vez de ''mais o trabalho realizado sobre o sistema'', elas vão dizer "menos o trabalho realizado pelo sistema''. Tanto faz. Aqui quero fazer outra discussão lateral, porque eu decidi escrever a fórmula sem os "Δ" aqui. E a razão pela qual eu fiz isso, se eu for descrever essa equação, é que você poderá ver nos livros didáticos, os professores vão fazê-lo, mas eu só faço isso porque fica claro na minha cabeça, qual o calor e qual o trabalho relativos à energia interna. Se eu fosse escrever ΔU é igual ao calor ΔQ + Δτ, para mim, isso implica que em algum momento eu teria uma certa quantidade de calor no sistema. Agora eu tenho uma quantidade diferente de calor no sistema, peguei a diferença entre as duas quantidades e obtive uma variação no calor, então, isso implica que o calor é de alguma forma macroestado inerente ao sistema, e isso não é o caso. Eu posso lhe dizer qual é a energia interna desse sistema, posso lhe dizer qual é a sua pressão, posso dizer também qual é o seu volume, posso lhe dizer sua temperatura. Todos esses são macro estados do sistema. Não sei como chegou a esse estado, mas eu posso falar sobre isso, então, eu posso dizer qual é o calor desse sistema. Isso pode ser um pouco ao contrário do esperado, porque se eu lhe disser que eu tenho uma xícara de café e quero saber qual é o seu calor, você poderia dizer que precisa saber a temperatura. Usamos coisas como calor e temperatura alternadamente, mas em termodinâmica, o calor é uma transferência de energia. Uma maneira de pensar sobre isso é imaginar que a energia interna é a sua conta bancária. Poderíamos dizer que é uma variação em conta bancária, e realmente, é como se fosse a conta bancária de energia de um sistema. Em caso de uma variação em uma conta bancária, significa que foram realizados alguns depósitos ou saques. O calor e o trabalho são realmente apenas depósitos ou saques da conta bancária de energia. O calor é um tipo. Talvez o calor seja como uma transferência eletrônica. Poderia, portanto, supor que sejam feitas transferências eletrônicas para a sua conta. Transferências para a sua conta mais depósitos em cheque. Agora faz muito sentido dizer, você poderia perguntar qual é o valor de sua conta bancária, ou você poderia perguntar qual é a variação em sua conta bancária. Precisaríamos considerar dois instantâneos de sua conta bancária em dois momentos diferentes. Eu poderia supor que fiz uma transferência eletrônica de 10 reais, certo? Então eu poderia supor que esse balanço seria +10 reais e poderia supor que emiti 20 reais em cheques. -20 reais em cheques. Nesse caso, a variação em minha conta bancária seria -10 reais. Faria sentido dizer variação em transferência eletrônica? Isso implica dizer que quando comecei tinha 100 reais em minha conta bancária, e agora eu tenho 90 reais. Quando eu tinha 100 reais em minha conta bancária, houve algum montante de transferência eletrônica, não, transferência eletrônica foi a maneira de depositar ou sacar dinheiro da minha conta. Não houve um depósito em conta corrente. Me parece estranho dizer que a variação em transferência eletrônica é de 10 reais, ou a variação de depósitos em cheque é 20 reais, ou -20 reais. Poderíamos dizer que foram realizados uma transferência eletrônica de 10 reais, e um pagamento em cheque de 20 reais. Houve uma variação líquida em minha conta de 10 reais. Poderia dizer: ''quanto trabalho foi realizado sobre mim ou que realizei?'', que é basicamente um depósito ou um saque de energia. Ou poderia dizer: ''quanto calor me foi transferido?'', ou ''quanto o calor foi liberado?'', que é outra maneira de depositar ou retirar energia de minha conta bancária de energia. É por isso que eu gosto de usar essa fórmula, e evitar essa fórmula. Assim como eu disse, não podemos dizer quanto calor tem no sistema. Alguém pode perguntar quanto calor tem nesse sistema. Não podemos dizer, não há variável de estado de calor para esse sistema, existe sim, energia interna. A coisa mais próxima ao calor, vamos falar sobre isso em um vídeo futuro, é a entalpia. A entalpia é basicamente uma fórmula de medir quanto calor existe em um sistema. Não podemos dizer que tem uma quantidade ''x'' de trabalho em um sistema. O sistema pode realizar trabalho ou ter trabalho realizado sobre ele. Não há uma determinada quantidade de trabalho, porque toda essa energia do sistema poderia ser utilizada para o trabalho, poderia ser usada para muitas coisas diferentes, então, não podemos dizer essas coisas. É por isso que eu não gosto de considerá-los variáveis de estado ou funções de estado. Dito isto, essa é a nossa definição. Vamos resolver alguns problemas simples, apenas para você ter uma noção. Meu verdadeiro objetivo é fazer você se sentir à vontade para saber quando usar mais ou menos sobre trabalho, e a melhor maneira de fazer isso, não é apenas memorizar uma fórmula, mas apenas pensar sobre o que está acontecendo. Vamos supor que tem um sistema. Talvez seja um balão, e que não tenha nenhuma variação na energia interna. A energia interna é zero. Para nossos fins, podemos considerar que a energia cinética das partículas não mudou, e digamos que expandi-lo um pouco, pela expansão no meu balão, realizei algum trabalho. Vou falar sobre isso com mais detalhes no próximo vídeo. O sistema realiza 10 joules de trabalho. Minha pergunta é: quanto o calor foi acrescentado ou retirado do sistema? A maneira de pensar sobre isso, você nem precisa escrever a fórmula, mas poderia escrevê-la. Você poderia supor que a energia interna, a quantidade de energia no sistema, não mudou. O sistema realizou 10 J de trabalho. Essa é a energia interna retirada do sistema. 10 J foram realizados em forma de trabalho. Se a energia não mudou, então, basicamente, 10 J de energia tiveram que ser acrescentados ao sistema. 10 J tiveram que ser acrescentados ao sistema. Caso contrário, a energia interna teria diminuído pela quantidade de trabalho realizado. A única maneira, se esse for o trabalho líquido, a única maneira então de fazer o que estamos falando, de poder acrescentar energia fora do trabalho, é através do calor. 10 J de calor devem ter sido acrescidos, portanto, podemos escrever 10 J de calor acrescentados ao sistema. Agora, vamos olhar do ponto de vista da fórmula atual. Se ΔU é igual o calor acrescentado mais o trabalho realizado sobre o sistema, então, poderíamos dizer que o resultado foi zero. Desta forma, estamos dizendo que esse é o calor realizado ou o trabalho realizado sobre o sistema. "τ" é o trabalho realizado. O sistema realizou trabalho sobre outra coisa, não houve trabalho realizado sobre o sistema. Portanto, se esse é o trabalho realizado sobre o sistema, e o sistema não realizou trabalho, então, este será -10, -10 J. Em seguida, você resolve os dois lados dessa fórmula. Você adiciona 10 em ambos os lados e o resultado obtido é 10 é igual "Q", que é exatamente o que obtivemos aqui em cima. Mas isso pode ficar confuso às vezes, você pode se perguntar se esse é o calor que o sistema produziu. É este o calor que foi adicionado ao sistema ou retirado? A convenção tende a considerar que esse é o calor adicionado. Às vezes é confuso, é esse o trabalho realizado sobre o sistema ou o trabalho realizado pelo sistema? Se o sistema realizar trabalho, ele perde energia. Se o sistema tiver trabalho realizado sobre ele, recebe energia. Eu poderia ter feito exatamente a mesma coisa usando a outra fórmula que você poderá ver às vezes. ΔU é igual a "Q" menos o trabalho realizado pelo sistema. Nesse caso, mais uma vez, a variação em energia interna foi igual a zero. Isso é igual ao calor acrescentado ao sistema menos o trabalho realizado, portanto, "menos'', eu disse isso a você no início do problema, que o sistema realizou 10 J de trabalho, então, menos o trabalho realizado, -10 J. Obtivemos a mesma situação a partir de duas fórmulas diferentes. O resultado obtido é 10 é igual "Q". De qualquer maneira, o calor acrescentado ao sistema é de 10 J. Bom, vamos ver então mais um problema. Digamos que tem 5 J de calor retirado do sistema, e digamos que 1 J de trabalho realizado sobre o sistema. Talvez estejamos comprimindo o balão no sistema. Qual é a variação em energia interna? Vamos descobrir qual é a variação. Da maneira como eu penso, 5 J de calor são retirados do sistema, o que vai reduzir a energia interna por -5. E se 1 J de trabalho for realizado sobre o sistema, estamos adicionando energia ao sistema, então, o resultado será +1, portanto, -5 + 1 = -4, ou a variação de energia interna é de -4 J. Poderíamos ter feito isso de uma maneira um pouco mais formal, com a ajuda da fórmula. A variação em energia interna é igual ao calor acrescentado ao sistema mais o trabalho realizado sobre o sistema. Isso é igual ao calor acrescentado o sistema. Tivemos 5 J de calor retirado, isto é, -5, mais o trabalho realizado sobre o sistema. Temos 1 J de trabalho realizado sobre o sistema, e o resultado é, mais uma vez, -4. Eu poderia ter escrito a mesma fórmula de outro jeito, poderia ter dito que a variação em energia interna é igual ao calor acrescentado ao sistema menos o trabalho realizado pelo sistema. Eu quero fazer isso das duas maneiras porque você vai encontrá-lo em problemas na escola, ou talvez você assista a uma aula em que o professor aplique ou um método ou outro. Se for usá-lo dessa forma, qual calor foi acrescentado ao sistema? Tivemos o calor retirado, e isso é igual a 5, menos o trabalho realizado pelo sistema. Qual é o trabalho realizado pelo sistema? O sistema teve 1 J de trabalho realizado sobre ele, portanto, o sistema realizou -1 J de trabalho, então, isso é -1. Bom, quero que isso fique claro ao usar essa fórmula. Esse é o trabalho realizado pelo sistema, ou seja, realizado por ele. Esse é o trabalho realizado sobre o sistema. O sistema recebeu o trabalho realizado sobre ele, teve, então, -1 J de trabalho realizado pelo sistema. Os ''menos'' tornam-se ''mais'', e obtivemos de novo -4. Bom, faça o que tiver mais sentido para você. Para mim, faz mais sentido não usar a fórmula. Se estou realizando trabalho, estou usando energia. Se o trabalho foi feito sobre mim, estou recebendo energia. Se o calor foi retirado de mim, estou perdendo energia. Se o calor for acrescentado a mim, estou recebendo energia. Bom, até o próximo vídeo!