Um sistema é constituído por 3 kg de água a
. Mediante a agitação da água por meio de um agitador, 25 kJ de trabalho são feitos sobre o sistema e, ao mesmo tempo, se removem 15 kcal de calor. Qual a variação da energia interna do sistema?
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre termodinâmica, especificamente sobre como energia interna de um sistema muda quando fazemos trabalho sobre ele e trocamos calor com o ambiente. A gente tem 3 kg de água a 80°C, onde são aplicados 25 kJ de trabalho e retirados 15 kcal de calor. Vamos usar a primeira lei da termodinâmica para descobrir a variação da energia interna desse sistema.
Passo 2
Primeiro, precisamos lembrar da primeira lei da termodinâmica, que basicamente diz que a variação da energia interna (
) de um sistema é igual à quantidade de calor trocada (
) mais o trabalho realizado sobre o sistema (
). Isso é representado pela fórmula:
Aqui,
-
é o calor que entra ou sai do sistema. Se o calor sai, consideramos negativo. -
é o trabalho feito sobre o sistema. Se o trabalho é feito sobre o sistema, é positivo.
Passo 3
Vamos identificar o que temos no problema:
- Trabalho feito sobre o sistema:
- Calor retirado do sistema:
Mas atenção! As unidades estão diferentes (kJ e kcal). Precisamos converter tudo para a mesma unidade. Vamos converter kcal para kJ, sabendo que:
Então,
Passo 4
Agora, substituímos esses valores na fórmula da primeira lei da termodinâmica:
Isso significa que a energia interna do sistema diminuiu.
Resposta
A variação da energia interna do sistema é de -37,76 kJ.
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