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:
70 , cal times 4,184 , Jcal = 293 , J
Como a energia está sendo retirada do sistema, o valor de Q será negativo:
Q = -293 , J

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:
W = -200 , J

Passo 4

Com Q e W determinamos, agora aplicamos a primeira lei da termodinâmica, que é:
De
Substituindo os valores que encontramos:
De
Nota: Parece que houve uma discrepância na resposta esperada. Se considerarmos apenas o trabalho feito sobre o sistema, sem inverter o sinal, teríamos:
De
Isso coincide com a resposta fornecida.

Resposta

W = -200 J; Q = -293 J; ΔU = -93 J

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