A primeira lei da termodinâmica, também chamada por extensão, a lei da conservação da energia, é um pressuposto fundamental da teoria da termodinâmica.
A primeira lei da termodinâmica é uma formulação do princípio da conservação da energia e afirma que:
"A energia interna de um sistema termodinâmico isolado é constante."
Um universo termodinâmico, que consiste no sistema e seu ambiente, é um sistema isolado. A energia não é criada ou destruída, mas é transformada de uma forma para outra: a energia pode ser transferida através da troca de calor (energia térmica) e trabalho.
No mais geral e simples, a primeira lei da termodinâmica pode ser descrita dizendo que há uma função das coordenadas termodinâmicas de um sistema, chamado Variações U. energia internas desta energia interna gerar trocas de energia com o sistema ambiente que o rodeia. Este processo caracteriza as transformações termodinâmicas entre dois estados de equilíbrio do sistema, segundo os quais a energia interna é uma função do estado. Durante uma transformação, a energia é fornecida ao sistema através de trabalho mecânico e troca de calor. Essa energia permanece armazenada na forma de energia interna e pode ser reutilizada.
A primeira lei de termodinâmica e motores térmicos
A primeira lei da termodinâmica é importante no cálculo do ciclo teórico de um motor térmico, seja o ciclo Otto ou o ciclo diesel. Já que esta primeira lei estabelece uma relação entre o calor e o trabalho gerado durante a combustão do combustível.
Para melhorar o desempenho de um motor endotérmico, estamos interessados em energia interna se tornando trabalho. Este trabalho significa obter energia mecânica, que é o que vamos usar no motor. Por outro lado, a energia interna que é convertida em energia térmica se dissipará e, portanto, será perdida energia.
Descrição da primeira lei da termodinâmica
Dados dois estados A e B, a variação da energia interna & Delta; U = U (B) - U (A) é igual à diferença do calor absorvido Q = Q (A → B) e do trabalho completado W = W (A → B) do sistema durante a transformação:
ΔU = Q - W
Calor e trabalho são propriedade de transformações e não de estados. Em particular as transformações, a troca de calor pode ser predominante, enquanto em outras transformações o trabalho é predominante. Se os estados de saída e chegada forem os mesmos, nas diferentes transformações, a troca total Q - W é a mesma.
A primeira lei da termodinâmica destaca a existência de um mecanismo de troca de energia, que não pode ser expresso como trabalho mecânico macroscópico: este é o nome do calor.
A equivalência entre trabalho e calor foi demonstrada por Joule através de uma série de experimentos em meados do século XIX. Esquematicamente, os vários experimentos visavam alcançar um aumento na temperatura de uma certa quantidade de água com diferentes processos. Em um deles, a energia mecânica é transferida para o sistema através de uma queda de peso. O peso é mecanicamente acoplado a um eixo vertical alto por meio de um cabo que o envolve na parte superior, enquanto na parte inferior há algumas lâminas, dispostas em um padrão radial, com seus planos paralelos ao eixo de rotação do eixo. As lâminas são imersas em um líquido contido em um recipiente adiabático. O resultado da experiência é o aumento da temperatura do líquido, ou de sua energia interna U. Isto mostra que a energia potencial do peso, a queda na frenagem pelo líquido que se opõe a sua variação de quietude, através do rotação das pás, movida em grande parte para o fluido de freio, aumentando a temperatura e desenvolvendo um trabalho térmico.
A primeira lei da termodinâmica é equivalente à impossibilidade do movimento perpétuo da primeira espécie
Em uma transformação quase estático e reversível, é útil considerar as transformações termodinâmicas em que as variáveis mudam de estado em quantidades vestigiais.
