Um tanque rígido (bem vedado para que não escape fluido) contém um fluido que é aquecido por um aquecedor de potência 0,4 k W mergulhado no fluido, enquanto ć agitado por uma hélicc. Durante o processo de resfriamento, que dura 10 min o fluido perde 30.0 kJ de calor através das paredes do tanque, e a hélice realiza 150 kJ de trabalho no fluido. a) Classifique o sistema como aberto ou fechado. Justifique sua resposta. h) Calcule a variação da energia do sistema. Classifique a energia como extensiva ou intensiva. Justifique sua resposta.

Passo 1

O enunciado descreve um tanque rígido e bem vedado contendo um fluido que é aquecido por um aquecedor de potência 0,4 kW imerso no fluido e simultaneamente agitado por uma hélice. Durante um intervalo de 10 min ( 600 s) o fluido perde 30,0 kJ de calor pelas paredes e recebe 150 kJ de trabalho da hélice. Precisamos (a) classificar o sistema como aberto ou fechado e (b) calcular a variação de energia do sistema, classificando essa energia como extensiva ou intensiva.

Passo 2

Como o tanque é rígido e bem vedado não há troca de massa com o exterior. Logo trata-se de um sistema fechado, pois apenas ocorrem trocas de calor e trabalho, não de massa.

Passo 3

Para o calor trocado usamos a lei
Qlíquido = Qheater + Qperda í
O aquecedor fornece
Qheater = P,De<a t = 0,4kW times 600s = 240kJ,
e há uma perda
Qperda = -30,0kJ
Logo
Qlíquido = 240 - 30 = 210kJ í

Passo 4

Pela primeira lei para sistema fechado vale
De<a E = Q + W
O único trabalho é o da hélice, feito sobre o fluido, portanto
W = +150kJ
Logo
De<a E = 210 + 150 = 360kJ

Passo 5

A energia é uma propriedade extensiva, pois seu valor depende da quantidade de matéria (massa) do sistema. Propriedades intensivas não dependem do tamanho do sistema, o que não é o caso da energia.

Resposta

a) O sistema é fechado, pois não há troca de massa com o exterior. \r
b) De<a E = 360 kJ. A energia é uma propriedade extensiva.

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