Como resultado de algum processo, a energia interna de um sistema é aumentada. De acordo com a primeira lei da termodinâmica,
. Como se pode afirmar que o aumento foi devido ao trabalho macroscópico resultado de um fluxo ordenado de uma força (W) ou devido ao fluxo microscópico desordenado de energia através isto é Q? (Justifique) Marque a opção que você julga correta.
(a) Medindo a temperatura do sistema antes e depois do processo.
(b) Medindo a temperatura do ambiente antes e depois do processo.
© Não é possível distinguir entre W e Q .
(d) Ambos (a) e (b) estão corretos
(a) Medindo a temperatura do sistema antes e depois do processo.
(b) Medindo a temperatura do ambiente antes e depois do processo.
© Não é possível distinguir entre W e Q .
(d) Ambos (a) e (b) estão corretos
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício juntos! A questão fala sobre a primeira lei da termodinâmica, que basicamente diz que a variação da energia interna de um sistema (
) é igual à soma do calor (
) trocado e do trabalho (
) realizado. A pergunta quer saber como determinar se o aumento da energia interna foi por causa do trabalho macroscópico (
) ou do fluxo microscópico desordenado de energia (
). Para resolver, vamos precisar entender bem esses conceitos de energia interna, calor e trabalho na termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar da primeira lei da termodinâmica, que é expressa pela equação:
Aqui:
-
é a variação da energia interna do sistema. -
é o calor trocado, que está relacionado a processos desordenados e aumentos de entropia. -
é o trabalho realizado, que está associado a processos ordenados e energia mecânica.
Passo 3
Agora, para identificar se o aumento da energia interna veio de
ou
, precisamos de uma forma de medir separadamente esses dois termos. Uma das formas de fazer isso é observando as temperaturas.
-
Opção (a): Medindo a temperatura do sistema antes e depois do processo.
- Se a temperatura do sistema aumenta, isso pode indicar que houve uma transferência de calor (
) para o sistema, aumentando a energia interna de forma desordenada.
- Se a temperatura do sistema aumenta, isso pode indicar que houve uma transferência de calor (
-
Opção (b): Medindo a temperatura do ambiente antes e depois do processo.
- Se a temperatura do ambiente diminui enquanto a do sistema aumenta, isso sugere que o calor foi transferido do ambiente para o sistema (
) ou que o trabalho foi realizado pelo sistema sobre o ambiente ( ).
- Se a temperatura do ambiente diminui enquanto a do sistema aumenta, isso sugere que o calor foi transferido do ambiente para o sistema (
Passo 4
Analisando as opções:
- Se apenas medirmos a temperatura do sistema, podemos identificar mudanças na energia interna relacionadas ao calor, mas não claramente distinguir entre
e . - Se também medirmos a temperatura do ambiente, conseguimos ver de onde a energia está vindo ou indo, ajudando a separar a contribuição de
e .
Resposta
A opção correta é (d) Ambos (a) e (b) estão corretos. Medindo as temperaturas tanto do sistema quanto do ambiente antes e depois do processo, conseguimos distinguir se o aumento da energia interna foi devido ao trabalho macroscópico (
) ou ao fluxo microscópico desordenado de energia (
).