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)?
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
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
: 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
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
.
Resposta
(a) Sim. A água recebe calor do aquecedor (
para a água).
(b) Não. Não há troca de calor com o exterior ( para o sistema global).
(b) Não. Não há troca de calor com o exterior (