Um aquecedor é instalado em um tanque isolado contendo água. Quando a corrente elétrica circula pelo aquecedor e a temperatura do aquecedor excede a da água, diga se existe alguma troca de calor para ou do sistema se o sistema é formado de:
a) Apenas a água?
b) O tanque (incluindo a água, o aquecedor e as paredes do tanque)?

Passo 1

Resumindo o enunciado: temos um aquecedor elétrico imerso num tanque termicamente isolado que contém água. Quando circula corrente elétrica, o aquecedor aquece até ficar mais quente que a água. O conteúdo é transferência de calor e primeira lei da termodinâmica. Para responder, vamos identificar fronteiras do sistema e verificar se há troca de calor Q através delas.

Passo 2

Para o sistema formado apenas pela água, a fronteira exclui o aquecedor. Como o aquecedor está a uma temperatura maior, ocorre transferência de calor dele para a água. Logo, para a água existe Q>0: há fluxo de calor entrando no sistema.

Passo 3

Para o sistema que engloba água, aquecedor e paredes do tanque, as paredes externas são isolantes térmicos. Isso significa que não há fluxo de calor Q entre o sistema e o meio ambiente. A energia elétrica que entra no aquecedor aparece como trabalho ou geração interna, mas não como calor através das paredes. Portanto, para esse sistema total vale Q=0.

Resposta

(a) Sim. A água recebe calor do aquecedor ( Q>0 para a água).
(b) Não. Não há troca de calor com o exterior ( Q=0 para o sistema global).

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