Um tanque rígido fechado, contendo um vapor, recebe uma taxa constante de calor de . Determine a taxa de variação da energia do vapor durante esse processo de aquecimento.
Passo 1
O exercício pede para a gente determinar a taxa de variação da energia de um vapor que está dentro de um tanque rígido fechado. O primeiro passo para resolver essa questão é entender todas as informações do problema que o enunciado dá pra gente. Por isso, a figura abaixo mostra todos os dados que temos para calcular do vapor.
O da figura é a taxa de calor que o vapor recebe. é a taxa de trabalho (também podemos chamar de potência) que o vapor realiza sobre o ambiente. Como o exercício diz que o tanque é rígido, isso significa que o vapor sempre ocupa o mesmo volume. Ou seja, seu volume não varia e ele não realiza nenhum trabalho de movimento de fronteira. Por isso:
Com isso, descobrimos todos os dados que a questão nos informa. Agora, vamos determinar qual equação nós usamos para calcular .
Passo 2
Como o tanque rígido está fechado, não entra massa nele nem sai massa dele. Ou seja, o tanque forma um sistema fechado. Então para calcular a taxa de variação da energia do vapor, temos que usar a primeira lei para sistemas fechados.
Olhando para a fórmula acima, nós vemos que temos informações sobre todas as variáveis que precisamos ( e ) para calcular . Então vamos começar a fazer as contas!