9- Um sistema não isolado está cedendo energia para o meio ambiente na forma de calor. Dessa maneira, podemos afirmar que
Passo 1
O enunciado dá que um sistema não isolado está cedendo energia para o meio ambiente na forma de calor. O que se pede é: o que podemos afirmar, com certeza, a partir dessa informação?
Informações relevantes fornecidas:
Informações relevantes fornecidas:
- O sistema está cedendo energia para o meio ambiente.
- A forma dessa energia cedida é calor.
Passo 2
Primeiro, vamos fixar notações e uma regra de sinal simples que facilita pensar nesses problemas. Sempre que eu usar símbolos matemáticos vou explicar o que são.
-
= calor trocado com o sistema. Pela convenção que vou usar aqui (a mais comum em termodinâmica): significa calor entrando no sistema; significa calor saindo do sistema. -
= trabalho realizado pelo sistema. Pela mesma convenção: significa trabalho realizado pelo sistema sobre o ambiente; significa trabalho realizado pelo ambiente sobre o sistema. -
= variação da energia interna do sistema.
A Primeira Lei da Termodinâmica (conservação da energia para um sistema) relaciona essas grandezas:
Explicando a fórmula: a energia interna do sistema aumenta com o calor que entra (
) e diminui com o trabalho que o sistema realiza sobre o ambiente (
). A fórmula é uma contabilidade de energia: o que entra como calor menos o que sai como trabalho resulta na mudança da energia interna.
Passo 3
Aplicando ao enunciado: o sistema “cede energia … na forma de calor”. Pela definição de sinal acima, isso significa que o calor associado ao sistema é negativo:
Isto é uma afirmação direta e segura: o sistema perde calor.
Passo 4
Agora, atenção ao que NÃO se pode afirmar automaticamente só com essa informação. Muitas vezes a pergunta de prova quer “a energia interna diminui?” — cuidado. Use a Primeira Lei:
Sabendo apenas que
, o sinal de
depende também de
. Vou dar três exemplos numéricos simples (todos com
, ou seja, o sistema perde
de calor):
-
Se não há trabalho trocado (
), então ou seja, a energia interna diminui. -
Se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema igual a
(isso corresponde a pela convenção), então ou seja, a energia interna aumenta apesar do sistema perder calor. -
Se o sistema faz trabalho sobre o ambiente de
( ), então a energia interna diminui ainda mais.
Conclusão desses exemplos: saber que o sistema cede calor (
) NÃO é suficiente para garantir que
. É preciso também saber o trabalho
.
Passo 5
Outras afirmações certas e úteis, que podemos escrever com segurança:
- O meio ambiente recebe calor positivo; se
então Ou seja, o ambiente ganha a energia que o sistema perde por calor. - Se o calor foi cedido espontaneamente para um reservatório térmico maior (caso comum), a entropia do reservatório aumenta em
(para aproximadamente constante). Mas essa última afirmação necessita de conhecimento da temperatura e de condições de reversibilidade — é um comentário adicional, não uma consequência direta e sempre aplicável sem mais dados.
Passo 6
Resumo intuitivo (para decorar e usar na prova): “sistema cedendo calor” significa sempre
. A variação da energia interna
só é determinada quando se conhece também o trabalho
; portanto não se pode afirmar a regra do sinal de
apenas pelo fato de o sistema ceder calor.
Resposta
Não é possível afirmar necessariamente que
pois
depende do trabalho.
O meio ambiente recebe calor
O meio ambiente recebe calor