Uma quantidade de calor igual a 5 kJ é adicionada a um sistema enquanto sua energia interna decresce em 10 kJ . Quanta energia foi transferida na forma de trabalho? Para um processo que cause a mesma mudança de estado, mas para o qual a transferência de trabalho é zero, quanto calor deve ser transferido? R: W = -15 kJ; Q = -10 kJ
Passo 1
O enunciado diz que:
- Uma quantidade de calor
é adicionada ao sistema. - A energia interna do sistema varia em
(ou seja, ela decresce 10 kJ).
O conteúdo que vamos usar é a Primeira Lei da Termodinâmica, na convenção em que
onde
• é a variação da energia interna do sistema,
• é o calor recebido pelo sistema (positivo quando entra calor),
• é o trabalho recebido pelo sistema (positivo quando o sistema recebe trabalho).
•
•
•
Nos passos a seguir vamos aplicar essa relação para:
- descobrir
no primeiro processo; - achar
no segundo processo em que .
Passo 2
Primeiro processo (tem calor e trabalho):
Usando
Usando
substituímos
e
, e resolvemos para
:
Interpretação:
significa que, na convenção que adotamos, o sistema realiza trabalho sobre o ambiente (ou seja, 15 kJ de trabalho saem do sistema).
Passo 3
Segundo processo (mesma
, mas
):
Ainda vale . Como
,
Ainda vale
Ou seja, é preciso retirar 10 kJ de calor do sistema para causar a mesma variação de energia interna.
Resposta
Trabalho no 1º processo:
Calor no 2º processo (com
):