3.2- Um sistema fechado recebe 20 kcal na forma de calor e realiza 12 kcal na forma de trabalho.
Calcule, em kcal, a variação da energia do sistema.
Calcule, em kcal, a variação da energia do sistema.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede, sem resolver nada ainda. Dados fornecidos:
- É um sistema fechado (ou seja, não há transferência de massa).
- O sistema recebe
na forma de calor. - O sistema realiza
na forma de trabalho.
O que o enunciado pede:
- Calcular, em
, a variação da energia do sistema.
Passo 2
Conceito e fórmula que precisamos usar (explicação didática): para problemas de energia em um sistema fechado, usa-se a Primeira Lei da Termodinâmica na forma mais direta para provas. A fórmula é
Aqui:
-
é a variação da energia interna do sistema (em neste exercício). -
é o calor trocado com o sistema: é positivo quando o sistema recebe calor e negativo quando o sistema perde calor. -
é o trabalho realizado pelo sistema: é positivo quando o sistema realiza trabalho sobre o ambiente e negativo quando o trabalho é realizado sobre o sistema.
Por que essa fórmula? Pense assim: a energia interna do sistema aumenta se entra mais energia (por calor) do que sai na forma de trabalho. Subtrai-se o trabalho porque energia que sai fazendo trabalho reduz a energia interna.
Dica prática para prova: memorize a forma
e a convenção de sinais (calor recebido positivo, trabalho realizado pelo sistema positivo). Se em algum enunciado a convenção for diferente, o enunciado normalmente diz explicitamente — aí adapta-se os sinais.
Passo 3
Agora pegamos os números que o enunciado deu (já listados no Passo 1) e os identificamos com as variáveis da fórmula:
- Pelo enunciado,
(porque o sistema recebe ). - Pelo enunciado,
(porque o sistema realiza ).
Substituindo na fórmula:
Passo 4
Fazendo a conta e mantendo as unidades:
Interpretação rápida:
é positivo, portanto a energia interna do sistema aumentou em
. Intuitivamente, ele recebeu mais calor do que gastou em trabalho, sobrando
de energia interna.
Passo 5
Exemplos curtos para fixar (úteis na hora da prova):
- Se um sistema recebe
e realiza de trabalho, então (energia interna diminui). - Se um sistema recebe
e não realiza trabalho, (processo adiabático e sem trabalho: energia constante).
Pequena encorajamento: essa conta é direta — decora a fórmula e verifica sinais com calma na prova; você consegue!