Em uma panela com tampa, 500 g de água recebem 10 500 J de calor de uma chama. Durante o aquecimento, a água…

Questão

Em uma panela com tampa, 500 g de água recebem 10 500 J de calor de uma chama. Durante o aquecimento, a água realiza 1 500 J de trabalho para deslocar a tampa levemente, devido à expansão do vapor. Considere o sistema formado pela água e pelo vapor no interior da panela. a) Explique, com base na Primeira Lei da Termodinâmica, por que a energia interna do sistema aumenta. b) Determine a variação da energia interna da água/vapor. c) Justifique, em termos físicos, por que a existência de trabalho realizado pelo sistema não impede o aumento da energia interna.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Pela Primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna é dada por ?U = Q - W, em que Q é o calor recebido pelo sistema e W é o trabalho realizado pelo sistema. No caso, o sistema recebe Q = 10 500 J e realiza W = 1 500 J. Logo, ?U = 10 500 - 1 500 = 9 000 J. Assim, a energia interna aumenta em 9 000 J. Isso acontece porque parte do calor recebido é usada para realizar trabalho contra a tampa, mas a maior parte permanece no sistema, elevando a agitação microscópica das moléculas, isto é, a energia interna. Portanto, mesmo havendo trabalho, se o calor recebido for maior que o trabalho realizado, a energia interna aumenta.

Explicação

A resposta aplica corretamente ?U = Q - W e interpreta que o calor recebido pode se dividir entre aumento de energia interna e realização de trabalho.

Raio-X da questão

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