2.94 Responda se cada uma das seguintes afirmativas é verdadeira ou falsa. Explique. (a) Conforme uma mola é comprimida adiabaticamente, sua energia interna aumenta. (b) As transferências de energia por meio de calor ocorrem apenas como um resultado de uma diferença de temperatura entre um sistema e sua vizinhança. © A energia total de um sistema fechado pode mudar como um resultado da transferência de energia através da fronteira do sistema por meio de calor e de trabalho e com a transferência de energia que acompanha o fluxo de massa que atravessa a fronteira. (d) A variação da energia cinética, em Btu, de uma massa de
kg ), cuja velocidade diminui de
para
é de
.
Passo 1
Vamos dar uma olhada no que a questão pede. Temos quatro afirmações sobre termodinâmica e física, e precisamos dizer se cada uma é verdadeira ou falsa, explicando o porquê. Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos como energia interna, transferência de calor, sistemas fechados e energia cinética.
Passo 2
(a) Conforme uma mola é comprimida adiabaticamente, sua energia interna aumenta.
Primeiro, vamos entender o que significa compressão adiabática. “Adiabaticamente” quer dizer que não há troca de calor com o ambiente. Quando comprimimos uma mola, estamos fazendo trabalho sobre ela. Esse trabalho aumenta a energia potencial da mola, que é uma forma de energia interna.
Então, como não há perda de calor, toda a energia do trabalho fica na mola, aumentando sua energia interna.
Passo 3
(b) As transferências de energia por meio de calor ocorrem apenas como um resultado de uma diferença de temperatura entre um sistema e sua vizinhança.
Calor é uma forma de energia que é transferida entre sistemas ou entre um sistema e o ambiente devido a uma diferença de temperatura. Isso é basicamente a definição de transferência de calor.
Se não houver diferença de temperatura, não haverá fluxo de calor. Portanto, a afirmação está dizendo exatamente isso.
Passo 4
© A energia total de um sistema fechado pode mudar como um resultado da transferência de energia através da fronteira do sistema por meio de calor e de trabalho e com a transferência de energia que acompanha o fluxo de massa que atravessa a fronteira.
Um sistema fechado não permite a entrada ou saída de massa, mas pode trocar energia na forma de calor e trabalho com o ambiente. Se houver fluxo de massa, o sistema não seria fechado. Portanto, a transferência de energia por massa não se aplica a sistemas fechados.
Passo 5
(d) A variação da energia cinética, em Btu, de uma massa de
, cuja velocidade diminui de
para
é de
.
Vamos calcular a variação da energia cinética usando a fórmula:
Convertendo massa para kg e velocidades para m/s:
Calculando:
Convertendo para kJ:
Comparando com a afirmação, que diz
, está próximo, mas a mudança de sinal indica que é uma diminuição. Portanto, a afirmação está correta em valor, mas o sinal também é importante.
Resposta
(a) Verdadeiro. Compressão adiabática aumenta a energia interna da mola.
(b) Verdadeiro. Transferência de calor ocorre devido à diferença de temperatura.
© Falso. Sistemas fechados não permitem transferência de energia por fluxo de massa.
(d) Verdadeiro, considerando apenas o valor da variação da energia cinética.