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.
Uma reação química acontece em um recipiente rígido fechado e adiabático (perfeitamente isolado).
Uma reação química acontece em um recipiente rígido fechado e adiabático (perfeitamente isolado).
Passo 1
Beleza, vamos por partes. O enunciado diz que rolou uma reação química num recipiente rígido, fechado e adiabático (ou seja, nada de calor passando e nada “deformando” o volume). A matéria envolvida aqui é Termodinâmica (balanço de energia em sistema fechado). Pra resolver, a gente vai usar:
- A definição de sistema (o conteúdo do recipiente).
- O balanço de energia geral para sistema fechado: ΔE = Q – W.
- Saber que a energia total E = U + KE + PE e que, normalmente, KE e PE são desprezadas.
- Identificar os termos de calor (Q) e trabalho (W) e seus sinais.
Passo 2
Escrevendo o balanço de energia geral para sistema fechado:
Como
, e aqui não há variação cinética nem potencial (sistema parado, sem ganho de altura), ficamos só com:
Passo 3
Agora, como o recipiente é adiabático, não há troca de calor com o exterior. Logo:
(Convenção: Q positivo entra no sistema; W positivo sai do sistema.)
Passo 4
Além disso, o recipiente é rígido, então o volume não muda. O trabalho de pressão–volume é
pois
. Não há outro tipo de trabalho (shaft, elétrico, etc.), então
Passo 5
Juntando tudo:
Ou seja, a variação da energia interna total do sistema é zero – a energia liberada (ou absorvida) pela reação química só aparece como mudança de temperatura, mas o balanço geral mostra ΔU = 0.
Resposta
Para o processo de reação em recipiente rígido, fechado e adiabático, definindo o sistema como o conteúdo do recipiente, temos:
Q = 0 (adiabático, sem calor trocado)
W = 0 (rígido, sem trabalho PV ou outro)
Logo, o balanço simplificado é
Q = 0 (adiabático, sem calor trocado)
W = 0 (rígido, sem trabalho PV ou outro)
Logo, o balanço simplificado é