Enunciado

Um recipiente não-condutor, que contém 25 kg de água a 20ºC, possui um agitador girado pela gravidade ao agir sobre um peso de massa igual a 35 kg. O peso desce vagarosamente uma distância de 5 m acionando o agitador. Admitindo que todo o trabalho realizado sobre o peso é transferido para a água e que a aceleração da gravidade local é de 9,8 m S2 , determine:

(a) A quantidade de trabalho realizado sobre a água.

(b) A vaiiação na energia interna da água.

(c) A temperatura final da água, que possui Cp = 4,18 kJ kg-1ºC-1

(d) A quantidade de calor que deve ser removida da água para retomá-la à sua temperatura inicial.

(e) A variação da energia total do universo causada (1) pelo processo de descida do peso. (2) pelo processo de resfriamento da água, levando-a até à sua temperatura inicial, e (3) pelos dois processos em conjunto.

Passo 1

Fala pessoal, tranquilidade, essa é uma boa questão, podemos começar compreendendo a grandezas fornecidade pelo problema.

→ massa do peso que faz o agitador girar.

→ altura do acionamento do agitador

Para o Item (a) podemos calcular o trabalho utilizando o teorema da energia potencial que diz:

No item (b), dizemos que a energia interna total é o trabalho realzaido no sistema:

Passo 2

Agora para o item (c) precisaremos da variação de entaçpia na forma diferencial:

Podemos integrar a equação da entalpia, considerando que o provesso é a volume constante ficando:

Como no processo o volume é constante podemos zerar o último termo da integral, e conhecendo a variação de entalpia, , ficando assim:

Com os dados que o problema deu, podemos isolar a temperatura final:

Passo 3

Para o item (d) precisamos da primeira lei da termodinâmica, considerando que o preocesso está a volume constante trabalho não é realizado , como queremos retirar o calor necessário:

Por último o item (e) a variação de energia que vai para o universo em todos os processos é zero.

Resposta

Item (a)

Item (b)

Item (c)

Item (d)

Item (e)

A variação de energia que vai para o universo em todos os processos é zero.

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