Um Sistema Fechado com Massa de 3 kg sofre um processo no qual há Transferência de Calor de 150 kJ do Sistema para a Vizinhança. O Trabalho REALIZADO SOBRE o Sistema é de 75 kJ. Se a Energia Interna Específica Inicial do Sistema for , qual é a Energia Interna Específica Final, em kJ/kg? Despreza as Variações nas Energias Cinética e Potencial. Resposta: .

Passo 1

Vamos entender o que o exercício está nos pedindo. Temos um sistema fechado com uma massa de 3 kg que passa por um processo onde ocorre uma transferência de calor de 150 kJ do sistema para a vizinhança. Além disso, é realizado um trabalho de 75 kJ sobre o sistema. A energia interna específica inicial do sistema é de 450 kJ/kg. Precisamos encontrar a energia interna específica final ( ) em kJ/kg.
Matéria envolvida: Termodinâmica, especificamente a Primeira Lei da Termodinâmica para sistemas fechados.
O que vamos precisar:
  • Entender a Primeira Lei da Termodinâmica.
  • Aplicar a equação da energia interna para sistemas fechados.
  • Utilizar as informações fornecidas para calcular a energia interna específica final.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar a Primeira Lei da Termodinâmica para um sistema fechado, que é expressa pela equação:
Onde:
  • é a variação da energia interna do sistema.
  • é o calor fornecido ao sistema.
  • é o trabalho realizado pelo sistema.
Importante: A convenção de sinais é essencial. Aqui, consideramos positivo se o calor entra no sistema e negativo se sai. é positivo se o trabalho é realizado pelo sistema (evaporando energia) e negativo se é realizado sobre o sistema (injetando energia).

Passo 3

No nosso exercício:
  • Calor transferido ( ): 150 kJ saindo do sistema, então kJ.
  • Trabalho realizado sobre o sistema ( ): 75 kJ, então kJ (pois é trabalho sobre o sistema).
Vamos substituir esses valores na equação da Primeira Lei da Termodinâmica:
Isso significa que a energia interna do sistema diminuiu em 75 kJ.

Passo 4

Sabemos que a energia interna total ( ) está relacionada à energia interna específica ( ) pela massa ( ) do sistema:
Onde:
  • é a energia interna inicial.
  • é a energia interna final.
  • é a energia interna específica inicial.
  • é a energia interna específica final.
Sabemos:
  • Massa ( ): 3 kg
  • Energia interna específica inicial ( ): 450 kJ/kg
  • Variação da energia interna ( ): -75 kJ
Vamos substituir esses valores na equa�o:

Passo 5

Agora, vamos resolver a equação para encontrar :
Primeiro, dividimos ambos os lados por 3:
Em seguida, somamos 450 a ambos os lados para isolar :

Resposta

A Energia Interna Específica Final é .

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