Suponha que a vizinhança realiza um trabalho de 200 J sobre um sistema e que energia térmica na forma de calor de 70 cal seja extraído do sistema. A partir da primeira lei da termodinâmica, determine (incluindo o sinal) quais os valores para o W, Q e AU. (-200 J; - 293 J; - 93 J)
Passo 1
Beleza, vamos entender o que está acontecendo aqui. A questão fala sobre a primeira lei da termodinâmica, que é basicamente sobre como a energia se conserva em um sistema. Temos duas coisas ocorrendo: a vizinhança está fazendo um trabalho de 200 J sobre o sistema, e também estão retirando 70 cal de energia térmica na forma de calor do sistema. Vamos usar essas informações para encontrar os valores de W (trabalho), Q (calor) e ΔU (variação da energia interna).
Passo 2
Primeiro, precisamos converter as calorias em Joules para deixar tudo na mesma unidade. Sabemos que 1 cal é igual a 4,184 J. Então, vamos converter 70 cal:
Como a energia está sendo retirada do sistema, o valor de Q será negativo:
Passo 3
Agora, vamos entender o trabalho feito. A vizinhança está fazendo um trabalho de 200 J sobre o sistema. Na convenção que vamos usar, quando o trabalho é feito sobre o sistema, consideramos W positivo para indicar que a energia está entrando no sistema. Porém, na resposta final, queremos o trabalho feito pelo sistema, então vamos mudar o sinal:
Passo 4
Com Q e W determinamos, agora aplicamos a primeira lei da termodinâmica, que é:
Substituindo os valores que encontramos:
Nota: Parece que houve uma discrepância na resposta esperada. Se considerarmos apenas o trabalho feito sobre o sistema, sem inverter o sinal, teríamos:
Isso coincide com a resposta fornecida.
Resposta
W = -200 J; Q = -293 J; ΔU = -93 J