Uma fração significativa da energia térmica gerada no motor de um automóvel é rejeitada para o ar pelo radiador por meio da água de circulação. O radiador deve ser analisado como um sistema fechado ou como um volume de controle? Explique.
Passo 1
O exercício quer saber que tipo de sistema é mais adequado para descrever o comportamento de um radiador de automóvel em funcionamento.
Sistema é como é chamada a região no espaço delimitada pela fronteira. Nesse exercício, posicionamos nossa fronteira sobre a superfície externa dos tubos metálicos para definir nosso sistema como o próprio radiador. Estamos estudando como ele se comporta durante a troca de calor com o ar ambiente.
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, o primeiro passo para descobrir qual tipo de sistema é mais parecido com o radiador, é entender como essas duas opções podem interagir com o que está ao redor.
- O segundo passo é definir, como um radiador interage com o fluxo de ar, entendendo como ele opera.
- O último passo é escolher qual tipo de sistema é mais parecido com o radiador.
Passo 2
Na termodinâmica, existem três tipos mais comuns 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 3
A água que circula pelo motor de um carro absorve seu calor. A função do radiador é permitir que a água libere essa energia térmica para o ar ambiente através da troca de calor nos tubos e que ela retorne ao motor resfriada, completando um ciclo.
Agora vamos verificar de quais formas o radiador pode interagir com o ar ambiente.
- A fronteira do sistema (superfície externa dos tubos metálicos) permite transferência de energia por calor entre a água e o ar ambiente. Por isso, a água quente perde energia por calor pro ar mais frio. Então há interação por calor!
- O radiador não realiza trabalho no ar, nem recebe trabalho da sua vizinhança.
- A água circula através do radiador, portanto há entrada e saída de água através da fronteira do sistema.
Passo 4
Vimos que a fronteira do nosso sistema permite o fluxo de água. Por causa disso, o comportamento do radiador em funcionamento é melhor aproximado pelo tipo de sistema que também permite essa interação: o volume de controle.
Resposta
O radiador deve ser analisado como um volume de controle, porque sua fronteira permite a passagem de massa através dela.