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 garrafa Térmica.

Passo 1

Então quer saber como a gente classifica a garrafa térmica como calorímetro em termos de troca de energia, de matéria e que tipo de fronteira ela tem com o meio. Isso é Termodinâmica básica, mais especificamente conceitos de sistema (aberto, fechado, isolado) e de fronteira (adiabática, diatérmica). Para resolver, vamos lembrar:
  • O que é sistema aberto, fechado e isolado;
  • O que significa fronteira adiabática ou diatérmica;
  • A 1ª Lei da Termodinâmica: De;

Passo 2

Definindo sistemas e trocas:
  1. Sistema aberto: troca matéria e energia;
  2. Sistema fechado: não troca matéria, mas troca energia (calor e/ou trabalho);
  3. Sistema isolado: não troca nem matéria nem energia.
    E sobre fronteiras:
  • Fronteira adiabática: não permite troca de calor ( Q = 0);
  • Fronteira diatérmica: permite troca de calor ( Q neq 0).

Passo 3

Relembrando a 1ª Lei da Termodinâmica para um sistema fechado:
De
Se o sistema também não faz trabalho (por exemplo, volume rígido), temos W = 0.
Logo, para um sistema isolado ideal:
Q = 0 e W = 0 Longrightarrow De

Passo 4

O que a garrafa térmica faz na prática?
  • Ela tem parede dupla com vácuo (e normalmente um material refletor) entre as paredes: isso impede quase totalmente a troca de calor, ou seja, fronteira adiabática ( Q approx 0).
  • A tampinha é vedada, então não entra nem sai fluido: não troca matéria.
  • A garrafa é rígida, não se expande nem comprime: W = 0.
    Tudo isso faz dela um sistema isolado idealizado.

Resposta

A garrafa térmica, vista como calorímetro, é um sistema fechado e adiabático (na prática isolado):
  • Troca de matéria: nenhuma;
  • Troca de energia por calor: nenhuma ( Qapprox0);
  • Trabalho de expansão/compressão: nenhum ( W=0).
    Logo, é um calorímetro isolado.

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