Equivalência entre trabalho e calor

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA NAVAL E OCEÂNICA – EPUSP
PNV-2321 Termodinâmica e Transferência de Calor
1ª. Lei da Termodinâmica
1. A Equivalência entre Trabalho e Calor

A Termodinâmica é freqüentemente definida como a ciência da energia.
Conforme vimos anteriormente, o conceito de energia não é, por sua vez, de fácil definição, o que comprometeria a própria definição de Termodinâmica acima apresentada. De fato, entretanto, a propriedade termodinâmica Energia é bem definida, no contexto da Termodinâmica, pela 1ª. Lei. A 1ª. Lei define energia em
Termodinâmica.

Historica e logicamente, a 1ª. Lei decorre da constatação experimental feita em meados do século XIX por James Prescott Joule, fabricante de cerveja e cientista amador, de que há uma equivalência fundamental entre trabalho mecânico e calor.
Joule mostrou em uma série de experimentos que trabalho mecânico pode ser usado para elevar a temperatura de um corpo, da mesma forma que o calor. Mais do que isso, ele mostrou que, na ausência de trocas de calor — processo adiabático, ou seja, bem isolado termicamente —, a mesma quantidade de trabalho é necessária para produzir uma certa elevação de temperatura, independente dos detalhes do processo de realização de trabalho. Como uma certa quantidade de calor é necessária para elevar em um certovalor a temperatura de um dado corpo, Joule concluiu que a uma dada quantidade de trabalho, corresponde uma dada quantidade de calor.

Podemos expressar esse fato da seguinte maneira:

W12 = - J.Q12

W12 — trabalho realizado sobre o sistema (corpo), negativo.

Q12 — calor equivalente cedido ao corpo para produzir a mesma mudança de estado (temperatura), positivo.

J — fator de proporcionalidade que depende das unidades utilizadas para trabalho e calor (como sabemos J @ 4,186 KJ/Kcal).

Uma forma elegante de expressar esses mesmos resultados é supor que, após o recebimento de trabalho (adiabaticamente), o corpo retorna ao seu estado inicial através da