QUESTÃO 3
Em processos químicos, o balanço de energia é uma exposição matemática dos fluxos e transformações de energia em um sistema. A base teórica para um balanço energético é a primeira lei da termodinâmica segundo a qual a energia não pode ser criada ou destruída, apenas modificada em forma. Embora a energia assuma diversas formas, a quantidade total de energia é constante e, quando a energia desaparece em uma forma, ela reaparece simultaneamente em outras formas. As fontes de energia ou ondas de energia são, portanto, as entradas e saídas do sistema em observação. Para escrever um balanço de energia, nós precisamos saber que tipo de energia pode entrar ou sair de um sistema. A equação abaixo é a forma geral do balanço de energia de um sistema baseada na primeira lei da termodinâmica:
Na qual:
- ΔU é a variação de energia interna do sistema, sua energia interna final (Ufinal) menos sua energia interna inicial (Uinicial).
- W é o trabalho mecânico trocado pelo sistema com o meio externo. Observação: por convenção considera-se o trabalho realizado sobre o sistema como positivo e o trabalho realizado pelo sistema como negativo.
- Q é a quantidade de energia, na forma de calor, trocada pelo sistema com o meio externo. Observação: por convenção considera-se o calor fornecido ao sistema como positivo e o calor dissipado pelo sistema como negativo.
Consideremos um sistema que inicialmente possui uma energia interna de 50 joules. Em um determinado intervalo de tempo, realizou-se um trabalho de 300 joules sobre o sistema, o qual dissipou na forma de calor 30 joules de sua energia interna inicial. Por meio do balanço de energia, qual é a energia interna final do sistema? E qual a sua variação neste intervalo de tempo?
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A energia interna final é de 320 Joules.
A variação da energia interna foi de 270 Joules.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica , a variação na energia interna de um sistema equivale a soma da transferência de calor resultante para dentro do sistema, mais o trabalho resultante realizado no sistema.
A Primeira Lei da Termodinâmica está expressa na seguinte equação -
ΔU = Q + W
Onde,
ΔU ⇒ variação da energia interna
Q ⇒ calor resultante transferido para o sistema
W ⇒ trabalho resultante realizado no sistema.
Assim, temos -
ΔU = - 30 + 300
ΔU = 270 Joules
ΔU = Ufinal - Uinicial
270 = Ufinal - 50
Ufinal = 320 Joules
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