Uma barra de ferro foi colocada no interior de um contêiner sob pressão constante de 1,0 atm. Esperou-se tempo suficiente para que o equilíbrio térmico entre a barra e o contêiner fosse alcançado e verificou-se que durante o processo o volume da barra aumentou
. Para o sistema sob estudo (barra de ferro):
a) Classifique as fronteiras do sistema sob estudo. Justifique sua resposta.
a) Classifique as fronteiras do sistema sob estudo. Justifique sua resposta.
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos uma barra de ferro dentro de um contêiner que está sob uma pressão constante de 1,0 atm. A barra expandiu seu volume em
após alcançar o equilíbrio térmico com o contêiner. O que precisamos fazer aqui é classificar as fronteiras desse sistema, ou seja, a barra de ferro, e justificar essa classificação. Para isso, vamos precisar entender os conceitos de sistemas termodinâmicos e suas fronteiras.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar que em termodinâmica, o sistema pode ser classificado quanto às suas fronteiras de diferentes maneiras. As principais classificações são:
- Sistemas Abertos: Podem trocar matéria e energia com o ambiente.
- Sistemas Fechados: Podem trocar energia, mas não matéria, com o ambiente.
- Sistemas Isolados: Não trocam nem matéria nem energia com o ambiente.
Além disso, as fronteiras podem ser fixas ou movíveis. Se o volume do sistema pode mudar, dizemos que a fronteira é movível; se o volume permanece constante, é fixa.
Passo 3
No nosso caso, a barra de ferro está dentro de um contêiner que permite que seu volume aumente em
. Isso significa que a fronteira que separa a barra do contêiner não está fixa, pois o volume da barra muda. Portanto, a fronteira é movível.
Além disso, sabemos que a barra está sob pressão constante e o volume está mudando, mas não há menção de troca de matéria com o ambiente. A barra não está recebendo ou perdendo matéria para o contêiner. No entanto, há troca de energia na forma de calor, já que foi mencionado o equilíbrio térmico.
Passo 4
Com base nisso, podemos concluir que o sistema é fechado, porque não há troca de matéria com o ambiente, mas há troca de energia (calor) para atingir o equilíbrio térmico. E, como o volume da barra muda, as fronteiras são movíveis.
Resposta
As fronteiras do sistema (barra de ferro) são movíveis e fechadas, pois permitem a variação de volume através de uma fronteira que pode se mover, mas não permitem a troca de matéria com o ambiente.