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
.
O calor foi transferido para a vizinhança em quantidade tal que a pedra e a água estão à mesma temperatura inicial (estado 4).
Considere uma pedra tendo massa de 10 kg e uma caçamba contendo 100 kg de água. Inicialmente a pedra está a
O calor foi transferido para a vizinhança em quantidade tal que a pedra e a água estão à mesma temperatura inicial (estado 4).
Passo 1
Beleza, vamos lá. A questão é de Termodinâmica (1ª Lei) misturada com Mecânica (energia potencial e cinética). A pedra de massa
kg está a
m de altura sobre a água (massa
kg). Elas partem do mesmo repouso e mesma temperatura (estado 1). A pedra cai, choca na água, aquece tudo, e depois o sistema é resfriado de volta à temperatura inicial (estado 4).
O que precisamos calcular:
– (variação de energia interna do sistema pedra+água)
– (variação de energia potencial gravitacional)
– (variação de energia cinética)
– (calor trocado)
– (trabalho feito pelo sistema)
O que precisamos calcular:
–
–
–
–
–
Passo 2
Calcular
.
Energia potencial gravitacional é
Energia potencial gravitacional é
Como a pedra vai de
Substituindo
kg,
m/s² e
m:
Passo 3
Calcular
.
Energia cinética é
Energia cinética é
No estado 1 e no estado 4 a pedra e a água estão em repouso (
Passo 4
Calcular
.
Pela 1ª Lei, toda energia mecânica perdida vira calor interno (aquecimento), mas depois resfriamos o sistema de volta à temperatura inicial. Ou seja, a energia interna final volta ao valor inicial.
Logo,
Pela 1ª Lei, toda energia mecânica perdida vira calor interno (aquecimento), mas depois resfriamos o sistema de volta à temperatura inicial. Ou seja, a energia interna final volta ao valor inicial.
Logo,
Passo 5
Determinar
e
pela 1ª Lei num sistema fechado:
Aqui não há trabalho de fronteira (sem mudança de volume), então
O sinal negativo indica que o sistema liberou calor para a vizinhança.
Resposta
ΔU = 0 J
ΔEₚ = –1000,28 J
ΔEₖ = 0 J
Q = –1000,28 J
W = 0 J
ΔEₚ = –1000,28 J
ΔEₖ = 0 J
Q = –1000,28 J
W = 0 J