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.
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:
;
Passo 2
Definindo sistemas e trocas:
- Sistema aberto: troca matéria e energia;
- Sistema fechado: não troca matéria, mas troca energia (calor e/ou trabalho);
- Sistema isolado: não troca nem matéria nem energia.
E sobre fronteiras:
- Fronteira adiabática: não permite troca de calor (
); - Fronteira diatérmica: permite troca de calor (
).
Passo 3
Relembrando a 1ª Lei da Termodinâmica para um sistema fechado:
Se o sistema também não faz trabalho (por exemplo, volume rígido), temos
Logo, para um sistema isolado ideal:
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 (
). - A tampinha é vedada, então não entra nem sai fluido: não troca matéria.
- A garrafa é rígida, não se expande nem comprime:
.
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 (
); - Trabalho de expansão/compressão: nenhum (
).
Logo, é um calorímetro isolado.