Qual a diferença entre um sistema fechado e um volume de controle? Qual a importância da identificação da classe do sistema que estamos estudando nas etapas posteriores do estudo de termodinâmica?
Passo 1
O exercício pede primeiro para identificarmos a diferença entre duas classificações de sistemas: o sistema fechado e o volume de controle. Depois, o enunciado pede a explicação do motivo de precisarmos identificar o tipo de sistema no início da resolução de exercícios. Podemos, então, separar esses dois objetivos em duas etapas diferentes.
- Explicar o que é um sistema termodinâmico.
- Identificar a diferença entre duas classificações de sistemas.
- Explicar a importância dessa identificação no início de um problema.
Passo 2
Sistema é como é chamado nosso objeto de estudo na termodinâmica. Por exemplo, no caso de estudarmos o resfriamento do refrigerante que está dentro de uma latinha na geladeira, nosso sistema seria apenas a bebida.
Ou seja, precisamos posicionar nossa fronteira de uma forma que ela englobe apenas a região que queremos estudar. Como queremos saber como a bebida resfria, englobamos apenas o líquido. Isso é importante, porque assim conseguimos identificar as interações com a vizinhança sobre a fronteira que afetam exclusivamente o refrigerante. No caso, essa interação seria a perda de calor da bebida para o ar frio.
Passo 3
Existem dois tipos de sistema: o sistema fechado e o volume de controle. A diferença entre os dois está nas suas fronteiras. Isso determina como eles interagem com as suas vizinhanças.
Ou seja, os dois são diferentes, porque interagem de formas diferentes com sua vizinhança. Por isso, precisamos entender como essas duas opções podem interagir com o que está ao redor.
Na termodinâmica, existem três tipos principais de interação entre o sistema estudado e o ambiente ao redor:
- O calor, que é o tipo de transferência de entre dois objetos de temperaturas diferentes.
- O trabalho, que é o tipo de transferência de energia que ocorre, quando o sistema gera movimento no ambiente ou quando o ambiente gera movimento no sistema.
- O fluxo de massa, que é massa entrando e saindo do sistema.
Um sistema fechado só interage com a sua vizinhança por meio de trabalho e calor. Ele não deixa massa sair ou entrar.
O volume de controle pode interagir das três formas com seu ambiente. Essa é a diferença entre ele e o sistema fechado. Ele permite entrada e saída de massa através de sua fronteira.
Passo 4
A classificação de sistemas é importante, porque é o primeiro passo na resolução de exercícios de termodinâmica. É através dessa fase, que identificaremos quais fórmulas usaremos nas próximas etapas. Ou seja, aplicaremos fórmulas diferentes para sistemas diferentes!
As equações aplicadas em volumes de controle serão mais complexas do que as expressões de sistema fechado, já que elas devem incluir os efeitos de mais uma forma de interação: o fluxo de massa através da fronteira.
Podemos visualizar esse fato, quando analisarmos equipamentos que troquem massa com seu ambiente ao redor.
Resposta
A diferença entre o sistema fechado e o volume de controle está nas formas que esses dois sistemas interagem com a sua vizinhança. O sistema fechado transfere energia por meio de calor e trabalho atravessando a fronteira. Além dessas influências, o volume de controle também inclui a possibilidade de transferência de massa através de sua fronteira.
A importância da classificação na resolução de exercícios está em decidir quais fórmulas usaremos nas etapas posteriores de análise.