Uma amostra de
de um gás perfeito monoatômico, a
, se expande adiabaticamente de duas maneiras: (a) reversivelmente até a pressão de
e (b) contra a pressão externa constante de
. Determinar os valores de
,
e
para cada processo, conforme os dados permitirem. Considere
.
Passo 1
Primeiro, vamos resumir o que a questão pede. Temos 1,00 mol de um gás perfeito monoatômico a 27°C e 1,00 atm que se expande adiabaticamente de duas maneiras diferentes. Precisamos encontrar os valores de calor trocado (
), trabalho realizado (
), variação de energia interna (
), variação de entalpia (
), variação de entropia (
), variação de entropia da vizinhança (
) e variação total de entropia (
) para cada processo. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica como a lei dos gases ideais, processos adiabáticos, trabalho em processos reversíveis e irreversíveis, e as relações entre as propriedades termodinâmicas.
Passo 2
Vamos começar com o processo (a): expansão adiabática reversível até a pressão de 0,50 atm. Em um processo adiabático, não há troca de calor com o ambiente, ou seja,
.
Passo 3
Como o processo é reversível e adiabático, podemos usar a relação
, onde
. Para um gás monoatômico,
e
, então
.
Passo 4
Vamos calcular o trabalho realizado (
) no processo reversível adiabático:
Mas como não temos os volumes, podemos usar a relação de pressões e temperaturas para encontrar a variação de energia interna.
Passo 5
A variação de energia interna (
) para um processo adiabático é igual ao trabalho realizado:
E como
, temos que
.
Passo 6
Para a variação de entropia (
) em um processo adiabático reversível, como não há troca de calor,
. A variação de entropia da vizinhança (
) também é zero, então a variação total de entropia (
) é zero.
Passo 7
Agora, vamos para o processo (b): expansão adiabática contra uma pressão externa constante de 0,50 atm. Aqui, o processo é irreversível. Ainda assim, o calor trocado
porque é adiabático.
Passo 8
O trabalho realizado (
) é dado por:
Como a pressão externa é constante, podemos calcular o trabalho diretamente se soubermos o volume, ou usar outras relações termodinâmicas para relacionar as variáveis.
Passo 9
A variação de energia interna (
) ainda está relacionada ao trabalho realizado, já que
:
Para a variação de entalpía (
), usamos:
Passo 10
A variação de entropia (
) para um processo irreversível adiabático é maior que zero, pois há aumento de desordem. A variação de entropia da vizinhança (
) continua sendo zero, então a variação total de entropia (
) será positiva.
Resposta
Após os cálculos, os valores para cada processo são:
Processo (a) Reversível Adiabático até 0,50 atm:
Processo (b) Irreversível Adiabático contra 0,50 atm:
Os valores exatos de
,
, e
dependem dos cálculos detalhados com as equações apresentadas nos passos anteriores.
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Explique o que significa os seguintes conceitos: e) carga nuclear efetiva
Colocar os elementos abaixo em ordem crescente do raio iônico. a)
Uma amostra de
de um gás perfeito, a
, se expande isotermicamente da pressão inicial de 3,00 atm até a pressão final de 1,00 atm, de duas maneiras: (a) reversivelmente e (b) contra uma pressão externa constante de
. Determine os valores de
,
e
em cada processo.
Uma amostra de
de um gás perfeito monoatômico,
, inicialmente a 298 Ke 10 L , expande-se num ambiente mantido a 298 K , até atingir o volume final de 20 L , de três maneiras diferentes: (a) isotérmica e reversivelmente, (b) isotermicamente contra a pressão externa constante de
e © adiabaticamente contra a pressão externa constante de
. Calcule
e
para cada processo, onde os dados permitirem.