PRIMEIRA LEI
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a
acima da água e tanto a pedra como a água estão à mesma temperatura, sendo esse o estado 1 . A pedra é então solta e cai na água. Determine
e
para as seguintes mudanças de estado, admitindo aceleração da gravidade padrão de
.
A pedra acabou de entrar em repouso na caçamba (estado 3);
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a
A pedra acabou de entrar em repouso na caçamba (estado 3);
Passo 1
O que o enunciado diz? A gente tem uma pedra de massa
solta de
de altura, caindo numa caçamba com água (100 kg). Tanto pedra quanto água começam à mesma temperatura (estado 1), e acabamos no instante em que a pedra para dentro d’água (estado 3).
Conteúdo: Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado (pedra + água). Vamos precisar calcular:
Conteúdo: Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado (pedra + água). Vamos precisar calcular:
- Variação de energia potencial
- Variação de energia cinética
- Calor trocado
- Trabalho
- Variação de energia interna
Passo 2
Calcular
.
Energia potencial no início (nível zero na superfície da água) é
Energia potencial no início (nível zero na superfície da água) é
No estado 3 (pedra na água), a altura é zero, então
.
Logo
Logo
Substituindo
,
,
:
Passo 3
Calcular
.
A pedra parte do repouso ( ) e, ao final, também está em repouso (
).
A pedra parte do repouso (
Logo
Passo 4
Determinar
e
.
– Calor : não há troca de calor com o ambiente (tudo acontece “dentro” do sistema pedra+água), então
.
– Trabalho : não há trabalho de fronteira (nenhuma expansão, pistão, eixo etc.) além da própria gravidade (já incorporada em
), então
.
– Calor
– Trabalho
Passo 5
Aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica ao sistema fechado:
Substituindo
,
,
,
:
Isso significa que toda a energia potencial que a pedra perdeu virou aumento de energia interna (isto é, aquecimento da água e da pedra).