Escreva e simplifique o balanço de energia para sistemas fechados para cada um dos seguintes processos e estabeleça se os termos de trabalho e calor diferentes de zero são positivos ou negativos. Comece por definir o sistema. A solução da parte (a) é dada como ilustração.
(a) O conteúdo de um frasco fechado é aquecido de 25^circ C até 80^circ C.
Solução: o sistema é o conteúdo do frasco Q+W=De W=0 (não há partes móveis nem corrente geradas De ( o sistema está estacionário); De (não há mudança na altura) Logo, Q=De0 ( o calor é transferido ao sistema)
(b) Uma travessa com água a 20^circ C é colocada no congelador. A água vira gelo a -5^circ C. (Nota: quando uma substância se expande, ela exerce trabalho sobre suas vizinhanças e quando se contrai, são as vizinhanças que exercem trabalho sobre ela).
© Uma reação química acontece em um recipiente rígido fechado e adiabático (perfeitamente isolado).
(d) Repita a parte © supondo que o reator é isotérmico em vez de adiabático e que a reação é exotérmica.

Passo 1

Beleza, olha só o que a gente tem aqui: é um exercício de termodinâmica sobre balanço de energia em sistemas fechados.
Conteúdo: 1ª lei da termodinâmica (Q + W = ΔU + ΔE_c + ΔE_p) e convenção de sinais.
O que vamos precisar:
  • Definir o sistema (o que tá “dentro”).
  • Identificar calor (Q), trabalho (W) e variações de energia (interna, cinética e potencial).
  • Dizer quando cada Q ou W é positivo ou negativo.

Passo 2

(b) Travessa com água a 20 °C que congela até –5 °C.
  1. Definir sistema: só a água que está na travessa (não entra nem sai massa).
  2. Escrever balanço:
Q + W = De
  1. Simplificar:
  • ΔE_c = 0 (não muda velocidade),
  • ΔE_p = 0 (não muda altura),
    .
  1. Sinais:
  • A água congela e esfria, então perdeu energia interna → .
  • Ao congelar, a água se expande e faz trabalho sobre o ambiente → .
  • Para que ΔU seja negativo, o sistema cede calor ao congelador → .

Passo 3

© Reação química em recipiente rígido, fechado e adiabático.
  1. Sistema: mistura reagindo dentro do recipiente.
  2. Balanço:
Q + W = De
  1. Simplificar:
  • Adiabático → .
  • Rígido (volume fixo) e sem peças móveis → .
    .
  1. Conclusão:
    . (Toda energia liberada ou absorvida pela reação fica retida como mudança de energia interna, mas aqui a 1ª lei manda porque não saiu nem calor nem trabalho.)

Passo 4

(d) Mesma reação, agora o reator é isotérmico (mantém temperatura constante) e exotérmica.
  1. Sistema: mesma mistura no reator.
  2. Balanço:
Q + W = De
  1. Simplificar:
  • Continua rígido → .
  • ΔE_c = ΔE_p = 0.
    .
  1. Sinais:
  • Reação exotérmica → libera energia interna → .
  • Logo : calor sai do sistema (pra manter T constante).

Resposta

(b) , com , .
© , .
(d) , com , .

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