Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica

Física 3 - UFF; P1 de 2019.2

9 - Considere um sistema fechado, a volume constante, composto originalmente por água na fase líquida a uma temperatura de 100   ° C , mas que com o fornecimento de mais calor começa a mudar seu estado para a fase gasosa. É correto afirmar que:

  1. A energia fornecida em forma de calor é convertida integralmente em trabalho.
  2. A variação de sua energia interna vale zero, uma vez que a temperatura permanece constante no processo.
  3. A temperatura aumenta durante a mudança de fase de forma proporcional ao calor fornecido e inversamente proporcional à massa de água no sistema.
  4. A energia térmica do sistema aumenta.
  5. O número de moles de água varia à medida em que ela é convertida de líquido para gás.

Passo 1

Ora, a alternativa correta aqui é a letra D. Mas por quê?

Ora, sabemos que pela primeira lei da termodinâmica:

Q = U + τ

Onde Q é o calor fornecido a água que está mudando de fase, τ é o trabalho realizado pelo sistema e U é a energia térmica. Como a caixa tem um volume constante, ela não pode realizar trabalho, então...

Q = U

Logo todo o calor que está sendo fornecido, vira energia térmica o fazendo aumentar .

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Para você que está curioso para saber por que as demais estão erradas aqui vão os motivos:

  • Letra A: Bem, o problema aqui é que não tem variação de volume o que significa que não tem trabalho sendo realizado.
  • Letra B: Ora, acabamos de ver no passo 1 que a energia interna (térmica) vale o calor que ela recebe, logo não pode ser 0 .
  • Letra C: Na mudança de fase, a água e o vapor coexistem, e para isso eles precisam estar em uma mesma temperatura (temperatura de vaporização). Então mesmo que o sistema receba energia, a temperatura é a mesma até a última gota de água evaporar .
  • Letra E: Ora, o número de moles depende se tem mais ou menos matéria no sistema. Se você abrir essa caixa e colocar mais água, então vai mudar. Caso contrário o número de moles não muda, ele só passa a ser gasoso ao invés de líquido (mais concentrado).

Resposta

Letra D.

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