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.
O conteúdo de um frasco fechado é aquecido de
até
.
Solução: o sistema é o conteúdo do frasco
(não há partes móveis nem corrente geradas
( o sistema está estacionário);
(não há mudança na altura) Logo,
( o calor é transferido ao sistema)
O conteúdo de um frasco fechado é aquecido de
Solução: o sistema é o conteúdo do frasco
Passo 1
Beleza, aqui a ideia é usar a Primeira Lei da Termodinâmica (ou seja, o balanço de energia) para um sistema fechado. O enunciado diz que o conteúdo de um frasco fechado vai de 25 °C até 80 °C. Então o que precisamos?
- Definir o sistema (o que vai dentro do balanço).
- Escrever a equação geral do balanço de energia:
. - Ver quais termos se anulam e ver o sinal de
e .
Passo 2
Definindo o sistema: é simplesmente todo o conteúdo dentro do frasco (o gás ou líquido que está sendo aquecido). Nada de partes móveis dentro do sistema nem alteração de altura ou velocidade.
Passo 3
Escrevendo a Primeira Lei para sistema fechado:
onde:
-
é o calor trocado com o sistema (positivo se entra calor). -
é o trabalho feito pelo sistema (positivo pela convenção energia entra, mas aqui logo veremos que dá zero). -
é a variação de energia interna. -
é variação de energia cinética. -
é variação de energia potencial.
Passo 4
Analisando cada termo:
-
, porque o frasco não está acelerando nem mudando de velocidade. -
, porque não muda a altura do conteúdo. -
, pois não há pistão, eixo, ou qualquer trabalho mecânico externo—só calor.
Então a conta fica:
Passo 5
Agora, sobre sinal: o sistema recebeu calor (tá sendo aquecido), então
. E como não teve trabalho,
.