(PETROBRAS 2018) Um tanque rígido tem volume de 10 m^3 e nele estão contidos 2 m^3 de líquido saturado e 8 m^3 de vapor saturado, a 1 MPa . Transferese 250 MJ de calor ao tanque até que este contenha apenas vapor saturado. Sabendo-se que a energia interna no estado inicial é igual a 65MJ, conclui-se que o trabalho realizado, em MJ, vale:
a) zero
b) 65
c) 185
d) 250
e) 350

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de termodinâmica juntos! A gente tem um tanque rígido, ou seja, o volume dele não muda, com 10 m³. Inicialmente, tem 2 m³ de líquido saturado e 8 m³ de vapor saturado a uma pressão de 1 MPa. A gente adiciona 250 MJ de calor ao tanque até que ele fique só com vapor saturado. Sabendo que a energia interna no começo era 65 MJ, precisamos descobrir qual foi o trabalho realizado durante esse processo. Para resolver isso, vamos usar a primeira lei da termodinâmica, que relaciona a variação da energia interna, o calor transferido e o trabalho realizado.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar a primeira lei da termodinâmica, que diz:
De
Onde:
  • é a variação da energia interna.
  • é o calor transferido para o sistema.
  • é o trabalho realizado pelo sistema.
No nosso caso, sabemos que o tanque é rígido, ou seja, o volume não muda. Isso significa que não há trabalho de expansão ou compressão, que geralmente é calculado como . Como , o trabalho deve ser zero.

Passo 3

Mesmo assim, vamos verificar os dados que temos:
  • Energia interna inicial ( ) = 65 MJ
  • Calor transferido ( ) = 250 MJ
  • Trabalho ( ) = ?
Como o tanque é rígido, não há variação de volume, então o trabalho realizado é zero.

Passo 4

Aplicando a primeira lei da termodinâmica:
De
Como De:
U2 = U1 + Q = 65, MJ + 250, MJ = 315, MJ
A energia interna final ( ) será:
No entanto, para esta questão, o foco é no trabalho realizado, que já determinamos ser zero.

Resposta

A alternativa correta é a) zero.

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