a) Classifique as fronteiras do sistema sob estudo. Justifique sua resposta.
b) Classifique o sistema sob estudo em aberto, fechado ou isolado. Justifique sua resposta.
c) Calcule o trabalho de expansão/compressão realizado sobre o sistema durante o referido processo necessário para alcançar o equilíbrio térmico.
d) A barra poderia ser utilizada para construir um termômetro? Explique e diga em que lei da termodinâmica você se baseou para dar sua resposta. Enuncie esta lei.

Passo 1

Vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos quatro partes relacionadas a sistemas termodinâmicos. Vamos precisar entender conceitos como fronteiras de sistema, tipos de sistemas (aberto, fechado, isolado), cálculo de trabalho em processos termodinâmicos e aplicações das leis da termodinâmica. Vamos resolver cada parte passo a passo.

Passo 2

a) Classifique as fronteiras do sistema sob estudo. Justifique sua resposta.
Primeiro, precisamos identificar as fronteiras do sistema. As fronteiras podem ser reais ou imaginárias. Fronteiras reais permitem interação com o ambiente na forma de troca de energia ou matéria, enquanto fronteiras imaginárias são apenas limites considerados para análise.
Vamos supor que o sistema em estudo seja uma barra metálica. Se a barra estiver em contato com o ambiente, podendo trocar calor ou trabalho, temos uma fronteira real. Se não houver troca de matéria, mas apenas de energia, ainda é uma fronteira real.
Justificativa: A barra pode trocar energia (como calor) com o ambiente, caracterizando fronteiras reais.

Passo 3

b) Classifique o sistema sob estudo em aberto, fechado ou isolado. Justifique sua resposta.
Os sistemas podem ser classificados da seguinte forma:
  • Aberto: Troca tanto de energia quanto de matéria com o ambiente.
  • Fechado: Troca apenas de energia, sem troca de matéria.
  • Isolado: Não há troca nem de energia nem de matéria com o ambiente.
Considerando nossa barra metálica que troca energia (calor) mas não troca matéria, ela se enquadra como um sistema fechado.
Justificativa: A barra permite a troca de energia (calor) com o ambiente, mas não há troca de matéria.

Passo 4

c) Calcule o trabalho de expansão/compressão realizado sobre o sistema durante o referido processo necessário para alcançar o equilíbrio térmico.
Para calcular o trabalho ($ W $) realizado durante um processo de expansão ou compressão, usamos a fórmula:
W
Onde:
  • $ P $ é a pressão.
  • $ \Delta V $ é a variação de volume.
Se o sistema está passando por um processo que leva ao equilíbrio térmico, assumindo que a pressão é constante, podemos aplicar essa fórmula diretamente.
Exemplo: Se a pressão for $ 2 , atm $ e o volume aumentar em $ 3 , m^3 $, então:
W = -P De
Convertendo para Joules (1 atm·m³ ≈ 101.325 J):
P
Portanto, o trabalho realizado sobre o sistema é aproximadamente $ -608 , J $.

Passo 5

d) A barra poderia ser utilizada para construir um termômetro? Explique e diga em que lei da termodinâmica você se baseou para dar sua resposta. Enuncie esta lei.
Sim, a barra poderia ser utilizada para construir um termômetro. Isso se baseia na Lei Zeroth da Termodinâmica, que estabelece que se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles estão em equilíbrio térmico entre si.
Explicação: A barra pode expandir ou contrair com a temperatura, permitindo medir a temperatura com base em seu comprimento ou volume. Ao estar em equilíbrio térmico com o ambiente, a barra reflete a temperatura desse ambiente.
Lei Zeroth da Termodinâmica: Se dois sistemas estão cada um em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles estão em equilíbrio térmico entre si.

Resposta

a) As fronteiras do sistema são reais, pois permitem troca de energia com o ambiente.
b) O sistema é fechado, já que troca energia, mas não matéria, com o ambiente.
c) O trabalho realizado sobre o sistema é aproximadamente -608 , J.
d) Sim, a barra pode ser usada como termômetro, baseando-se na Lei Zeroth da Termodinâmica, que estabelece o equilíbrio térmico entre sistemas.

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