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 ?
Um béquer com uma solução, sobre uma chapa de aquecimento.
Um béquer com uma solução, sobre uma chapa de aquecimento.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente classificar um calorímetro (no caso, um béquer com solução em cima de uma chapa de aquecimento) em termos de
- troca de energia (calor, trabalho…)
- troca de matéria
- tipo de fronteira entre sistema e vizinhança
O conteúdo envolvido é termodinâmica básica: conceitos de sistema, vizinhança, trocas de energia (δQ, δW), trocas de matéria (dm) e tipos de fronteiras (adiabática, diatérmica, permeável, impermeável). A gente vai precisar lembrar dessas definições e aplicar ao nosso caso do béquer.
Passo 2
Primeiro, definindo o sistema e a vizinhança:
- Sistema = a solução dentro do béquer.
- Vizinhança = tudo fora desse líquido (a própria chapa de aquecimento, o ar ao redor, o béquer de vidro como “meio de contato”).
Agora, que tipo de trocas podem rolar entre eles?
Passo 3
Troca de matéria (dm):
O béquer normalmente fica aberto em cima, então a gente pode ter evaporação ou até a entrada de poeira, insetos, etc. Logo, há troca de matéria possível.
=⇒ sistema é um sistema aberto (dm ≠ 0).
O béquer normalmente fica aberto em cima, então a gente pode ter evaporação ou até a entrada de poeira, insetos, etc. Logo, há troca de matéria possível.
=⇒ sistema é um sistema aberto (dm ≠ 0).
Passo 4
Troca de energia (δQ e δW):
- Calor (δQ): a chapa esquenta o fundo do béquer por condução; também rola convecção com o ar de cima. Então δQ ≠ 0.
- Trabalho (δW): não tem pistão nem movimento de volume significativo, então a gente costuma desprezar trabalho de expansão (δW ≃ 0).
Logo, energia entra e sai em forma de calor, mas não há trabalho mecânico relevante.
Passo 5
Tipo de fronteira:
- A parede do béquer deixa passar calor (diatérmica), mas não deixa sair o líquido (é impermeável à matéria naquele local).
- O topo fica aberto, permitindo tanto calor quanto matéria.
No global, a fronteira do sistema é permeável tanto à energia (diatérmica) quanto à matéria (porque o sistema é aberto).
Resposta
O béquer com solução sobre a chapa de aquecimento é classificado como um sistema aberto, que troca energia principalmente por calor (δQ ≠ 0, δW ≃ 0) e troca matéria pela superfície aberta (dm ≠ 0). A fronteira é permeável tanto à energia (diatérmica) quanto à matéria.