Explique em detalhes como classificamos os seguintes calorímetros em termos da troca de energia, matéria e da fronteira entre o sistema e as suas vizinhanças ?
Uma xícara com café.
Uma xícara com café.
Passo 1
Beleza, bora entender o que o enunciado quer. A pergunta é: “Como classificamos uma xícara com café (tipo calorímetro de café) em termos de troca de energia, troca de matéria e que tipo de fronteira ela tem com o ambiente?”
Conteúdo: termodinâmica básica (definições de sistema aberto/fechado/isolado, fronteiras adiabáticas ou diatérmicas, trocas de calor e trabalho).
O que vamos precisar:
• Saber o que é sistema e vizinhança.
• Conceitos de sistema aberto, fechado e isolado.
• Diferença entre fronteira adiabática (não deixa calor passar) e diatérmica (deixa calor passar).
Conteúdo: termodinâmica básica (definições de sistema aberto/fechado/isolado, fronteiras adiabáticas ou diatérmicas, trocas de calor e trabalho).
O que vamos precisar:
• Saber o que é sistema e vizinhança.
• Conceitos de sistema aberto, fechado e isolado.
• Diferença entre fronteira adiabática (não deixa calor passar) e diatérmica (deixa calor passar).
Passo 2
Definir “troca de matéria”:
– Sistema aberto: deixa massa entrar ou sair.
– Sistema fechado: massa fixa, não entra nem sai.
– Sistema isolado: também não troca massa, mas é idealizado sem troca de energia.
No nosso caso: a xícara com café não deixa o líquido (nem vapor) escapar de propósito. Mesmo que possa evaporar um pouco, a gente considera massa constante.
Logo, é um SISTEMA FECHADO (fixamos a massa de café + xícara).
– Sistema aberto: deixa massa entrar ou sair.
– Sistema fechado: massa fixa, não entra nem sai.
– Sistema isolado: também não troca massa, mas é idealizado sem troca de energia.
No nosso caso: a xícara com café não deixa o líquido (nem vapor) escapar de propósito. Mesmo que possa evaporar um pouco, a gente considera massa constante.
Logo, é um SISTEMA FECHADO (fixamos a massa de café + xícara).
Passo 3
Definir “troca de energia”:
– Em uma calorimetria ideal, queremos medir calor. Na prática, a xícara tem paredes finas de isopor ou cerâmica que não são perfeitas isolantes.
– Então, há passagem de calor (Q) entre o café e o ar externo.
– Não há trabalho de expansão significativo (W ≃ 0), pois nem tampamos nem comprimimos o café.
Portanto, há trocas de energia via calor, mas não trocas de trabalho ou massa.
– Em uma calorimetria ideal, queremos medir calor. Na prática, a xícara tem paredes finas de isopor ou cerâmica que não são perfeitas isolantes.
– Então, há passagem de calor (Q) entre o café e o ar externo.
– Não há trabalho de expansão significativo (W ≃ 0), pois nem tampamos nem comprimimos o café.
Portanto, há trocas de energia via calor, mas não trocas de trabalho ou massa.
Passo 4
Classificar a fronteira (ou parede do sistema):
– Adiabática: não deixa calor passar (Q=0).
– Diatérmica: permite calor passar.
Como a xícara deixa o calor fugir (você sente a mão esquentar ao segurar), sua fronteira é DIATÉRMICA.
– Adiabática: não deixa calor passar (Q=0).
– Diatérmica: permite calor passar.
Como a xícara deixa o calor fugir (você sente a mão esquentar ao segurar), sua fronteira é DIATÉRMICA.
Resposta
A xícara com café, tratada como calorímetro, é um sistema fechado (sem troca de matéria), que troca energia apenas como calor (sem trabalho útil), e tem fronteira diatérmica (permite passagem de calor com o ambiente).