Correlacione as colunas.
_ Variação de energia total
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
_ Variação de energia total
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
Passo 1
O enunciado pede para correlacionar as expressões/descrições rotuladas de A até J com os conceitos físicos apropriados. Vou listar aqui, exatamente como foram dadas, as alternativas A–J que temos para associar:
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
A. Transferência de energia em que o único efeito externo ao sistema poderia ter sido o levantamento de uma massa
B. Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado
C. Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças
D. Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente
E. Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva
F. Um processo que não envolve transferência de energia por calor
G.
H.
I.
J.
Passo 2
Vamos identificar o que é a alternativa A. A frase descreve uma transferência de energia cujo efeito externo característico é o levantamento de uma massa — isto é exatamente a ideia de “trabalho” em mecânica/termodinâmica. Em termodinâmica o trabalho (em sentido macroscópico) é a energia transferida por forças que atuam sobre as fronteiras do sistema; levantar uma massa por uma força é o exemplo clássico de trabalho.
Portanto: A corresponde a Trabalho (símbolo habitual ).
Portanto: A corresponde a Trabalho (símbolo habitual
Passo 3
Agora a alternativa B: “Uma sequência de processos que inicia e termina no mesmo estado”. Isso é a definição clássica de um ciclo termodinâmico. Num ciclo as variáveis de estado retornam aos valores iniciais; o sistema volta ao mesmo estado final.
Portanto: B corresponde a Ciclo termodinâmico.
Portanto: B corresponde a Ciclo termodinâmico.
Passo 4
Analisando C: “Transferência de energia resultante da diferença de temperatura entre o sistema e as vizinhanças”. Isso é a definição direta de calor. Em termodinâmica, calor (
) é energia transferida devido à diferença de temperatura (não é energia de ordem do trabalho).
Portanto: C corresponde a Calor.
Portanto: C corresponde a Calor.
Passo 5
A alternativa D é mais cabeluda na redação: “Um ciclo em que a energia é transferida por calor para o sistema sob outro ciclo em que o corpo frio cede energia para o corpo quente”. Esse enunciado descreve o funcionamento de um ciclo invertido, isto é, um refrigerador ou uma bomba de calor: retira calor de um corpo frio e o transfere para um corpo mais quente, normalmente requerendo trabalho externo. Em outras palavras, é um ciclo termodinâmico que opera no sentido inverso ao de uma máquina térmica.
Portanto: D corresponde a Ciclo inverso / Refrigerador ou Bomba de calor.
Portanto: D corresponde a Ciclo inverso / Refrigerador ou Bomba de calor.
Passo 6
A alternativa E: “Transferência de energia do sistema para as vizinhanças é considerada positiva”. Aqui está uma convenção de sinais. Em termodinâmica existem duas convenções comuns para o sinal do trabalho: (i) trabalho positivo quando é realizado pelo sistema (ou seja, energia sai do sistema) — essa é a convenção utilizada em muitas disciplinas de engenharia; (ii) outra convenção (mais usada em física estatística) toma trabalho positivo quando é realizado sobre o sistema. Esta alternativa diz explicitamente a convenção (i).
Portanto: E corresponde à Convenção de sinais para trabalho que toma quando o sistema realiza trabalho (energia sai do sistema).
Portanto: E corresponde à Convenção de sinais para trabalho que toma
Passo 7
A alternativa F: “Um processo que não envolve transferência de energia por calor”. Isso é a definição de processo adiabático. Adiabático significa literalmente “sem calor” trocado entre sistema e vizinhanças (ou troca desprezível de calor). Note: um adiabático pode ainda trocar trabalho.
Portanto: F corresponde a Processo adiabático.
Portanto: F corresponde a Processo adiabático.
Passo 8
A alternativa G é a expressão
. Isso é a variação da energia potencial gravitacional de uma massa
quando se desloca verticalmente de
para
. É uma fórmula muito usada em balanços de energia por unidade de massa (ou para corpo inteiro).
Portanto: G corresponde a Variação de energia potencial gravitacional .
Portanto: G corresponde a Variação de energia potencial gravitacional
Passo 9
A alternativa H dá
. Essa é a variação da energia cinética por unidade de massa entre dois estados em que as velocidades são
e
. Em balanços de energia por unidade de massa usa-se
.
Portanto: H corresponde a Variação de energia cinética por unidade de massa .
Portanto: H corresponde a Variação de energia cinética por unidade de massa
Passo 10
A alternativa I:
. Essa é uma forma da Primeira Lei da Termodinâmica (conservação de energia para um sistema fechado), usando a convenção onde
é calor recebido pelo sistema e
é trabalho realizado pelo sistema; com essa escolha de sinais, a variação da energia interna/total do sistema é igual a
menos
. É essencial entender essa equação: entrada líquida de energia por calor aumenta energia do sistema; trabalho realizado pelo sistema reduz a energia do sistema.
Portanto: I corresponde à Primeira Lei da Termodinâmica (forma algébrica) com a convenção de sinais adotada.
Portanto: I corresponde à Primeira Lei da Termodinâmica (forma algébrica) com a convenção de sinais adotada.
Passo 11
A alternativa J:
. Essa expressão soma as variações das energias cinética, potencial e interna; é justamente a variação da energia total do sistema (energia total = energia cinética + energia potencial + energia interna). Em muitos exercícios se escreve
.
Portanto: J corresponde a Variação da energia total do sistema.
Portanto: J corresponde a Variação da energia total do sistema.
Resposta
A — Trabalho
(transferência de energia cujo efeito externo seria o levantamento de uma massa)
B — Ciclo termodinâmico
C — Calor (transferência por diferença de temperatura)
D — Ciclo inverso / Refrigerador (bomba de calor)
E — Convenção de sinal: trabalho é positivo quando o sistema transfere energia para as vizinhanças
F — Processo adiabático (sem transferência de calor)
G — Variação da energia potencial
H — Variação da energia cinética
I — Primeira lei da termodinâmica na forma
J — Variação da energia total
B — Ciclo termodinâmico
C — Calor
D — Ciclo inverso / Refrigerador (bomba de calor)
E — Convenção de sinal: trabalho é positivo quando o sistema transfere energia para as vizinhanças
F — Processo adiabático (sem transferência de calor)
G — Variação da energia potencial
H — Variação da energia cinética
I — Primeira lei da termodinâmica na forma
J — Variação da energia total