02 · Equações
Fórmulas que você opera
Cada fórmula abaixo vem com o significado de cada símbolo, uma leitura em português simples e quando usar. Se algum símbolo ainda parecer estranho, veja a aba Notação.
ΔU = Q − W
Primeira lei
Variação da energia interna = calor recebido − trabalho realizado pelo sistema.
o que cada símbolo significa
- ΔUquanto a energia guardada dentro do sistema mudou (J)
- Qcalor que entrou (positivo) ou saiu (negativo), em J
- Wtrabalho que o sistema fez para fora, em J
em palavras
Energia não desaparece: tudo que entra como calor ou sai como trabalho aparece na conta. Se o gás recebe 100 J e empurra o pistão gastando 30 J, sobram 70 J guardados nele.
quando usar · Use sempre que houver calor entrando e movimento saindo — motores, compressores, gases em pistão.
Q = m · c · ΔT
Calor sensível
Energia para mudar a temperatura de uma massa m com calor específico c.
o que cada símbolo significa
- mmassa do corpo em kg
- ccalor específico do material, em J/(kg·K) — a água tem 4.186
- ΔTquantos graus a temperatura subiu ou desceu
em palavras
Quanto mais massa, mais 'teimoso' o material e maior o salto de temperatura, mais energia é preciso. Por isso a areia da praia queima e a água do mar continua fresca.
quando usar · Use quando o corpo esquenta ou esfria sem mudar de estado.
Q = m · L
Calor latente
Energia para mudar de fase sem mudar a temperatura — derreter gelo, ferver água.
o que cada símbolo significa
- mmassa que vai mudar de estado, em kg
- Lcalor latente do material, em J/kg (fusão do gelo: 334.000)
em palavras
Durante a mudança de estado o termômetro trava. Toda a energia serve para separar as moléculas, não para agitá-las mais.
quando usar · Use em derretimento, congelamento, fervura e condensação.
P·V = n·R·T
Gás ideal
Relação entre pressão, volume, mols e temperatura.
o que cada símbolo significa
- Ppressão em pascal (Pa)
- Vvolume em m³ (1 m³ = 1.000 L)
- nquantidade de gás em mol
- Rconstante fixa: 8,314 J/(mol·K)
- Ttemperatura em kelvin (nunca em °C)
em palavras
Aperte o gás e a pressão sobe; esquente e ele quer se expandir. Os quatro valores estão amarrados: mexer em um obriga outro a mudar.
quando usar · Use em pneus, balões, panela de pressão, cilindros de motor.
ΔS = Q_rev / T
Entropia
Calor reversível dividido pela temperatura absoluta, em J/K.
o que cada símbolo significa
- ΔSquanto a bagunça (espalhamento da energia) aumentou, em J/K
- Q_revcalor trocado em um processo ideal, sem perdas
- Ttemperatura absoluta em kelvin
em palavras
O mesmo calor causa mais desordem num corpo frio que num quente. É a fórmula que explica por que o tempo só anda para frente.
quando usar · Use para saber se um processo é possível: no universo inteiro, ΔS nunca diminui.
η = 1 − T_f / T_q
Rendimento de Carnot
Limite máximo de eficiência entre duas fontes, sempre em Kelvin.
o que cada símbolo significa
- ηfração do calor que virou trabalho (0,4 = 40%)
- T_ftemperatura da fonte fria, em K
- T_qtemperatura da fonte quente, em K
em palavras
Nenhuma máquina do mundo ultrapassa esse número. Ele só depende das duas temperaturas — não do combustível nem da engenharia.
quando usar · Use para julgar se um motor ou usina está perto do máximo teórico.
Calculadora de calor sensível
Q = m · c · ΔT — quanta energia é preciso para aquecer uma massa.
Calor específico
4186 J/kg·K
Energia necessária
209.3 kJ
Equivale a
58.1 Wh
Câmara de gás ideal
PV = nRT com 1 mol. Aqueça o gás ou comprima a câmara e observe a pressão responder.
Pressão
249.4 kPa
Em atmosferas
2.46 atm
Sandbox de gás ideal
Mexa em pressão, volume, quantidade de gás e temperatura como quiser. Escolha qual grandeza o sistema deve recalcular para manter PV = nRT verdadeira.
Pressão
2.05 atm
Densidade molar
83.3 mol/m³
Energia interna (monoatômico)
3.74 kJ