Uma panela contém 2 litros de água recém tirada da geladeira a
. Esta panela é levada ao fogo e a água é aquecida até
, a uma pressão ambiente de 100 kPa . Determine o calor absorvido (a) usando a primeira lei da termodinâmica e as energias internas (b) usando a primeira lei da termodinâmica e o conceito de entalpia © usando o calor específico.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos conta que temos 2 litros de água a 5°C, que são aquecidos até 80°C sob pressão ambiente de 100 kPa. A matéria envolvida aqui é Termodinâmica, e especificamente vamos usar a Primeira Lei da Termodinâmica, energia interna, entalpia e calor específico para resolver as partes (a), (b) e © do exercício.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a Primeira Lei da Termodinâmica. Ela basicamente diz que a energia total de um sistema permanece constante, ou seja, a energia adicionada como calor (Q) é igual à mudança na energia interna (ΔU) mais o trabalho (W) realizado pelo sistema:
Passo 3
No caso da panela com água, se considerarmos que não há trabalho realizado (já que o volume não está mudando de forma significativa), podemos simplificar a equação para:
Então, o calor absorvido é igual à mudança na energia interna da água.
Passo 4
Para calcular a mudança na energia interna (ΔU), usamos a fórmula:
Onde:
-
é a massa da água -
é o calor específico a volume constante -
é a variação de temperatura
Passo 5
Primeiro, vamos converter o volume de água para massa. Sabemos que a densidade da água é aproximadamente 1 kg/L, então:
Passo 6
Agora, calculamos a variação de temperatura:
Passo 7
O calor específico a volume constante (
) para a água não é tão comum, mas para simplificar, podemos usar o calor específico a pressão constante (
), que é aproximadamente
.
Passo 8
Agora, aplicamos os valores na fórmula da energia interna:
Resposta
O calor absorvido pela água ao ser aquecida de 5°C a 80°C é de aproximadamente 627 kJ.