Exercícios Resolvidos de Sistema, Volume de Controle e Propriedades

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Enunciado

Imagine um conjunto cilindro-pistão preenchido com ar, sendo aquecido como mostra a figura. Um pino restringe os movimentos do êmbolo. Qual região a fronteira do sistema deve englobar, se queremos estudar os efeitos do aquecimento sobre todo o ar contido no conjunto? Essa fronteira é fixa ou móvel?

Passo 1

O problema pede pra gente resolver duas questões muito comuns em exercícios de termodinâmica:

  1. A primeira é definir o que a fronteira do sistema deve incuir. Nesse caso: devemos incluir o cilindro e o êmbolo? Ou ela deve apenas incluir o ar no interior do conjunto?
  2. A segunda perceber se a fronteira permite o sistema aumentar ou diminuir seu volume durante o aquecimento.

Vamos dividir a solução dessa questão nessas duas etapas.

Passo 2

O enunciado deixa muito claro que estamos interessados em estudar apenas os efeitos do aquecimento sobre o ar presente no conjunto cilindro-pistão. Por isso, nossa estratégia deve ser escolher uma fronteira que inclua todo o gás, sem incluir o cilindro.

Se a fronteira incluir o cilindro ou o êmbolo, estudaríamos a soma dos efeitos do aquecimento sobre o ar e o metal dessas partes. Portanto, as superfícies da fronteria estão localizadas sobre as superfícies internas do cilindro e do êmbolo. Assim conseguimos incluir todo ar, sem incluir o metal do cilindro e do êmbolo.

Passo 3

A segunda etapa é para saber se essa fronteira escolhida permite o sistema aumentar ou diminuir seu volume. Em exercícios comuns com cilindro e pistão o êmbolo pode se mover. Nesses casos, a fronteira seria móvel, porque está localizada sobre a superfície interna do êmbolo. Ou seja, quando o êmbolo se move, ela se move também.

Mas essa questão restringe totalmente o movimento do êmbolo com dois pinos. Isso impede o êmbolo de se mover. Em outras palavras, nesse exercício a fronteira é fixa.

Resposta

A fronteira deve englobar apenas o ar de dentro do conjunto cilindro-pistão. Ela é considerada uma fronteira fixa.

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