Conteúdos

● Princípio da conservação de energia;
● Primeira Lei da Termodinâmica;
● Variação da energia Interna;
● Calor;
● Trabalho.

Objetivos

● Compreender o que é o princípio da conservação de energia;
● Compreender a Primeira Lei da Termodinâmica;
● Compreender os termos que aparecem na descrição matemática da Primeira Lei da Termodinâmica.

Palavras-Chave:

Princípio da conservação de energia. Primeira Lei da Termodinâmica. Variação da energia interna. Calor. Trabalho.

Veja também:

Primeira Lei de Newton: explique o conceito de inércia aos alunos

Terceira Lei de Newton

Sugestão de aplicação para o ensino remoto:

As sugestões estão organizadas em tópicos com uma breve explicação de cada recurso.
● Jitsi Meet: é um sistema de código aberto e gratuito, com o objetivo de permitir a criação e implementação de soluções seguras para videoconferências via Internet, com áudio, discagem, gravação e transmissão simultânea. Possui capacidade para até 200 pessoas, não há necessidade de criar uma conta, você poderá acessar através do seu navegador ou fazer o download do aplicativo, disponível para Android e iOS.

Trabalhando com essa ferramenta, é possível:

– Compartilhar sua área de trabalho, apresentações e arquivos;
– Convidar usuários para uma videoconferência por meio de um URL simples e personalizado;
– Editar documentos simultaneamente usando Etherpad (editor de texto on-line de código aberto);
– Trocar mensagens através do bate-papo integrado;
– Visualizar automaticamente o orador ativo ou escolher manualmente o participante que deseja ver na tela;
– Reproduzir um vídeo do YouTube para todos os participantes.

● Gravação de videoaula usando o Power Point: o PPT, já tão utilizado por nós professores para preparamos nossas aulas, também permite a gravação de uma narração para os slides, que tanto nos auxiliam na explanação dos conteúdos. É possível habilitar a função de vídeo enquanto grava, assim, os alunos verão o professor em uma janelinha no canto direito da apresentação. Essa ferramenta é bem simples e eficaz. Veja um guia.

● Envio de Podcast aos alunos: podcast nada mais é do que um áudio gravado (como os enviados pelo Whatsapp). Podem ser utilizados para narrar uma história, para correção de atividades, revisar ou aprofundar os conteúdos. Para tanto, sugiro o app Anchor, que pode ser baixado no seu celular. Ele é muito fácil e simples de utilizar.

● Plataforma Google Classroom: permite a criação de uma sala de aula virtual. Essa ação irá gerar um código que será compartilhado com os alunos, para que acessem a sala. Nesse ambiente virtual, o/a professor/a poderá criar postagens de avisos, textos, slides do PPT, conteúdos, links de vídeos, roteiros de estudos, atividades, etc. É uma forma bem simples e eficaz de manter a comunicação com os alunos e postar as aulas gravadas, usando os recursos anteriormente mencionados. Confira outros recursos oferecidos pela Google, como a construção de formulários (Google Forms) para serem realizados pelos alunos.

Sugerimos aulas com até 30 minutos de duração. Além disso, nem toda aula precisa gerar uma atividade avaliativa, para não sobrecarregar os alunos. As aulas virtuais também podem ser úteis para correção de exercícios e plantões de dúvidas.

Previsão para aplicação:

3 aulas (30 min./aula)

Proposta de Trabalho:

Para todas as etapas, sugerimos que as aulas aconteçam de forma síncrona, através da plataforma Jitsi Meet, apresentada anteriormente neste plano. Seria interessante que você, professor/a, utilizasse os conceitos detalhados abaixo para preparar slides que podem ser compartilhados com os alunos a partir do recurso do compartilhamento de tela do seu computador. I

nsira, em cada etapa, ao menos um dos vídeos sugeridos, contextualizando com o cotidiano dos alunos para que as aulas se tornem mais dinâmicas e interessantes. Abra espaço para o diálogo e debate, mesmo que este ocorra pelo chat da plataforma. Como atividade, você poderá preparar uma lista de exercícios ao final da sequência de aulas e disponibilizar aos alunos através da plataforma Google Classroom. Uma outra sugestão interessante é utilizar os simuladores disponíveis no site PHET. Nesse caso, sugiro que você escolha uma simulação para cada conceito estudado e prepare um breve roteiro para os alunos seguirem, assim, poderão realizar a atividade de forma que atinjam o aprendizado significativo. As simulações aproximam a teoria da prática, mesmo que de forma remota, além de serem super divertidas.

1ª Etapa: Princípio da conservação de energia

Na Física existem vários princípios de conservação, um dos mais importantes é o princípio da conservação de energia. Basicamente, esse princípio diz o seguinte: “Em um sistema isolado, a quantidade total de energia é conservada, ou seja, permanece constante.” De uma forma menos formal, pode-se dizer também que: “A energia não pode ser criada e nem destruída; ela pode apenas ser transformada de uma forma de energia em outra forma de energia.”

A aplicação do princípio da conservação de energia em processos termodinâmicos nos leva à Primeira Lei da Termodinâmica.

2ª Etapa: Primeira Lei da Termodinâmica

Matematicamente, a Primeira Lei da Termodinâmica pode ser expressa da seguinte forma:

ΔU = Q – W

Onde:

ΔU = Variação da energia interna (J)
Q = Calor (J)
W = Trabalho (J)

Expressando a mesma lei em palavras, pode-se dizer o seguinte:

“Em um sistema fechado, onde não ocorre geração de energia dentro do mesmo (por exemplo, sem reações nucleares), a variação da energia contida dentro do sistema é igual a energia que entra menos a energia que sai.”

Processos termodinâmicos isolados obedecem à Primeira Lei da Termodinâmica.
É importante destacar que alguns autores escrevem a Primeira Lei da Termodinâmica como a variação da energia interna (ΔU) sendo resultado da soma do calor (Q) com o trabalho (W). O que também é válido. Entretanto, neste material será adotado que a variação da energia interna (ΔU) é a diferença do calor (Q) com o trabalho (W).
Para que essa forma de expressar a Primeira Lei da Termodinâmica seja válida, é necessário adotar certas convenções de sinais, como mostra a tabela a seguir:

Obs.: Todas as grandezas físicas da Primeira Lei da Termodinâmica são medidas em Joules (J), pois todas são diferentes formas de energia. A seguir, elas serão analisadas com mais detalhes.

3ª Etapa: Variação da energia interna (ΔU)

A variação da energia interna (ΔU) de um gás ideal (monoatômico) pode ser expressa como:

ΔU= 3/2 nRT
Onde:

ΔU = Variação da energia interna (J)
n = Número de mols (mol)
R = Constante universal dos gases ideais ( 8,31 J/(mol.K))
T = Temperatura absoluta (K)

Para um processo termodinâmico onde não ocorre uma variação da quantidade de gás, ou seja, o número de mols (n) é constante, é possível verificar que se a temperatura (T) do sistema não muda, a energia interna (ΔU) do sistema permanece a mesma.

4ª Etapa: Calor (Q)

Quando se estuda calorimetria, a equação fundamental para o calor é:

Q = mcΔT

Onde:

5ª Etapa: Trabalho (W)

Para um processo termodinâmico onde a pressão (P) é constante, ou seja, numa transformação isobárica, pode-se calcular o trabalho (W) da seguinte forma:

W = P.ΔV

Onde:

Para transformações onde a pressão (P) varia, pode-se calcular o trabalho (W) realizado a partir da área do gráfico de pressão em função do volume (P x V):

A área A é igual ao trabalho A = W.

Exemplo de exercício: ²
(UFRS) Qual é a variação de energia interna de um gás ideal sobre a qual é realizado um trabalho de 80J, durante uma compressão adiabática?
a) 80 J
b) 40 J
c) zero
d) – 40 J
e) – 80 J

Resolução:
Em uma transformação adiabática não há variação de temperatura, o que indica que não ocorreram trocas de calor (Q = 0) entre o sistema e o ambiente.
Em uma compressão adiabática o gás é comprimido e, por isso, é realizado um trabalho (W) sobre ele. Logo, o trabalho (W) recebe sinal negativo, W = – 80 J.
A variação de energia interna (ΔU) é então calculada da seguinte forma:

U = Q – W
U = 0 – (-80)
U = 80 J
Portanto, como não há transferência de calor (Q = 0), a variação de energia interna (ΔU) é de 80 J, alternativa A.

² Questão disponível em: Toda Matéria
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Plano de aula elaborado pelo Professor Elves Silva Moreira
Adaptação para o ensino remoto elaborada pela Professora Dr.ª Nathalie Lousan

Materiais Relacionados

● Para ver conteúdos sobre Primeira Lei da Termodinâmica:

Mundo Edu
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Primeira Lei da Termodinâmica – Mundo Educação
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Termodinâmica
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Primeira Lei da Termodinâmica
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Primeira Lei da Termodinâmica – UFRGS
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Primeira Lei da Termodinâmica
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

Termodinâmica
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

● Para ver vídeos sobre Primeira Lei da Termodinâmica:

Primeira Lei da Termodinâmica – Física – Teoria – Responde Aí
Acesso em: 14 de dezembro de 2020.

A Primeira Lei da Termodinâmica Explicada – Ciência Todo Dia

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