- Suponha que uma pessoa agite vigorosamente, durante algum tempo, uma garrafa térmica contendo água. (a) A temperatura da água aumenta, diminui ou não se altera? (b) Houve transferência de calor para a água da garrafa?
Passo 1
O enunciado diz que uma pessoa agita vigorosamente uma garrafa térmica com água. O conteúdo da matéria é a primeira lei da termodinâmica, que relaciona variação de energia interna (
), calor (
) e trabalho (
). Vamos precisar distinguir o que é calor e o que é trabalho para entender o que acontece com a temperatura.
Passo 2
Quando agitamos a garrafa, aplicamos uma força externa que provoca atrito entre camadas de água (e possivelmente com as paredes internas). Esse atrito é uma forma de trabalho mecânico feito sobre o sistema água. Pela convenção usada aqui, a primeira lei é
, onde
\u0002 é o trabalho realizado sobre o sistema.
Passo 3
Como fazemos trabalho positivo sobre a água (
\u0002) e não há troca significativa de calor com o ambiente (a garrafa é isolante), temos
\u0002. Logo,
\u0002 e a energia interna da água aumenta.
Passo 4
A energia interna de uma substância está relacionada à sua temperatura. Concluímos, portanto, que a temperatura da água aumenta e que essa elevação de energia é proveniente de trabalho mecânico, não de transferência de calor.
Resposta
(a) A temperatura da água aumenta.
(b) Não houve transferência de calor para a água; o aumento de temperatura veio do trabalho mecânico de agitação.
(b) Não houve transferência de calor para a água; o aumento de temperatura veio do trabalho mecânico de agitação.