Em um estudo termodinâmico um cientista se concentrou nas propriedades de uma solução em um recipiente montado. Uma solução está fluindo constantemente para dentro do recipiente no topo e para fora da base, de tal forma que a quantidade de solução no recipiente é constante no tempo. Esboce o sistema.
a) A solução no recipiente é um sistema fechado? Justifique sua resposta.
b) Se não é um sistema fechado, o que poderia ser feito com a montagem para torna-lo um sistema fechado.
a) A solução no recipiente é um sistema fechado? Justifique sua resposta.
b) Se não é um sistema fechado, o que poderia ser feito com a montagem para torna-lo um sistema fechado.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos um cientista que está estudando uma solução dentro de um recipiente. A solução entra continuamente pelo topo e sai pela base, mantendo a quantidade de solução no recipiente constante ao longo do tempo. O conteúdo principal aqui é Termodinâmica, mais especificamente sobre sistemas termodinâmicos. Para resolver, vamos precisar entender o que caracteriza um sistema fechado e como identificar se o nosso recipiente se encaixa nessa definição.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um sistema fechado. Em Termodinâmica, um sistema fechado é aquele que pode trocar energia (como calor e trabalho) com o ambiente, mas não troca matéria. Ou seja, nada entra ou sai fisicamente do sistema, apenas energia.
Passo 3
No caso do recipiente descrito no exercício, a solução está entrando e saindo continuamente. Isso significa que há uma troca de matéria com o ambiente, já que a solução que entra substitui a que sai. Portanto, o sistema está trocando matéria, não apenas energia.
Passo 4
Como o sistema está trocando matéria com o ambiente, ele não se enquadra na definição de um sistema fechado, que não permite troca de matéria, apenas de energia. Portanto, a solução no recipiente não é um sistema fechado.
Passo 5
Agora, vamos pensar no que poderíamos fazer para tornar esse sistema fechado. Já que o problema atual envolve a troca de matéria, para fechar o sistema precisamos impedir que a solução entre ou saia do recipiente. Isso significa que o recipiente precisa ser totalmente selado, sem entradas ou saídas de matéria. Assim, nenhuma solução entraria ou sairia, mantendo a quantidade de solução constante sem troca de matéria com o ambiente.
Resposta
a) Não, a solução no recipiente não é um sistema fechado porque há troca de matéria com o ambiente, já que a solução entra e sai continuamente.
b) Para tornar o sistema fechado, a montagem precisaria ser completamente selada, de forma que não haja entrada nem saída de matéria, impedindo a troca de solução com o ambiente.