Calcule o Delta U e determine se o processo é endotérmico ou exotérmico nos seguintes casos:
Um sistema libera 66,1 \mathrm{~kJ} de calor para sua vizinhança, enquanto a vizinhança realiza 44,0 \mathrm{~kJ} de trabalho no sistema.

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede o que vou calcular:
  • O sistema libera 66,1\\ \mathrm{kJ} de calor para a vizinhança.
  • A vizinhança realiza 44,0\\ \mathrm{kJ} de trabalho no sistema.
    O que se pede:
  • Calcular \Delta U (variação da energia interna do sistema).
  • Determinar se o processo é endotérmico ou exotérmico.

Passo 2

Relembrando a primeira lei da termodinâmica (a “conta de energia” para o sistema): em forma geral podemos escrever a relação de duas maneiras equivalentes, dependendo de como se define o sinal do trabalho:
  • Se W_{\text{on}} é o trabalho realizado sobre o sistema (trabalho recebido pelo sistema), então
\Delta U = Q + W_{\text{on}}.
  • Se W_{\text{by}} é o trabalho realizado pelo sistema sobre a vizinhança, então
\Delta U = Q - W_{\text{by}}.
Aqui vamos usar a primeira forma porque o enunciado diz explicitamente que a vizinhança realiza trabalho no sistema (ou seja, trabalho sobre o sistema é positivo).
Explicando as grandezas:
  • Q é o calor trocado com o sistema. Q>0 se o sistema recebe calor (endotérmico), Q<0 se o sistema libera calor (exotérmico).
  • W_{\text{on}} é o trabalho efetuado sobre o sistema; W_{\text{on}}>0 quando a vizinhança faz trabalho sobre o sistema.

Passo 3

Identificar os sinais das quantidades dadas:
  • O sistema libera 66,1\\ \mathrm{kJ} para a vizinhança, logo Q = -66,1\\ \mathrm{kJ} (negativo porque sai calor do sistema).
  • A vizinhança realiza 44,0\\ \mathrm{kJ} de trabalho no sistema, logo W_{\text{on}} = +44,0\\ \mathrm{kJ}.

Passo 4

Aplicar a primeira lei com os sinais identificados:
\Delta U = Q + W_{\text{on}} = (-66,1\\ \mathrm{kJ}) + (44,0\\ \mathrm{kJ}).

Passo 5

Fazer a conta passo a passo (sem pular etapas):
  • Some os dois termos com os sinais:
-66,1 + 44,0 = -(66,1 - 44,0) = -(22,1) = -22,1.
  • Portanto
\Delta U = -22,1\\ \mathrm{kJ}.
Interpretação física: \Delta U<0 significa que a energia interna do sistema diminuiu; o sistema perdeu energia líquida para a vizinhança.

Passo 6

Determinar se o processo é endotérmico ou exotérmico:
  • A classificação depende do sinal de Q. Aqui Q = -66,1\\ \mathrm{kJ}<0, ou seja, o sistema liberou calor.
  • Logo o processo é exotérmico (o sistema liberou calor para o ambiente).

Resposta

\Delta U = -22,1\\ \mathrm{kJ}
Exotérmico

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