Question

A utilização da panela de pressão é muito comum para o cozimento mais rápido e eficiente dos alimentos. Durante o aquecimento, uma parte da água é transformada em vapor que, ao ser aprisionado no interior da panela, favorece esse aquecimento, sendo que esse volume de água evaporado tem uma variação desprezível com relação ao nível da água. Considere que uma panela desse tipo recebe uma quantidade de calor igual a 400 J durante o aquecimento. A transformação gasosa associada a esta aplicação é do tipo:

a)isotérmica, na qual o trabalho termodinâmico e o calor recebido são iguais em módulo.

b)isocórica, na qual a variação da energia interna e o trabalho são iguais em módulo.

c)adiabática, na qual o trabalho e a variação da energia interna são iguais em módulo.

d)isovolumétrica, na qual a variação da energia interna e o calor recebido são iguais em módulo.

Answer 1

Olá.

Vamos pensar na primeira Lei da Termodinâmica para responder a isso.

Dentro da panela, o volume é constante para o gás, então após a evaporação teremos mais moléculas bombardeando a superfície sem que isso altere o volume. Então teremos uma transformação isovolumétrica.

Como o nível de bombardeamento da superfície aumentou, então temos uma maior pressão(a alternativa isocórica não serve).

Como a pressão da câmara aumentou, a pressão de vapor aumentou e isso implica uma maior temperatura de ebulição. A transformação não é isotérmica. Inclusive, a ideia básica da panela de pressão é aumentar a pressão da câmara para termos temperaturas maiores e cozinhar mais rápido.

A transformação não é adiabática, pois o líquido está recebendo calor para mudar de estado.

Isso já seria suficiente para termos a alternativa D como escolhida. Mas vamos para a segunda parte.

1ª Lei da Termodinâmica: $\Delta U=Q-W$

Onde

$\Delta U$ é a variação da energia interna do Volume;

$Q$ é o calor trocado(Receber ou perder calor);

$W$ é o trabalho realizado(Trabalho ocorre quando no volume de controle entra trabalho de eixo, ocorre expansão/compressão ou é gerada potência elétrica útil.

Como vemos, estamos apenas aquecendo a panela, sem alterar seu volume, então não tem trabalho de eixo e nem compressão de gás(volume constante), então o trabalho é nulo.

Então, nossa equação fica:

$\Delta U=Q$

Isto é, o calor fornecido é convertido em energia interna para o gás, aumentando sua temperatura e pressão(Poderíamos usar as relações P/T por exemplo). Alternativamente, lemos como "A variação da energia interna e o calor recebido são iguais em módulo", que corrobora a alternativa D como correta.