A amostra do gás Hélio, gás monoatômico, inicialmente ocupou o volume de 2,49 L, esteve sob a pressão de 6,43 atm e a temperatura de 600,0 K. Ele expandiu se isotermicamente até o volume de 12,5 L. A seguir, esta amostra do gás foi resfriada isobaricamente e finalmente, comprimida adiabaticamente de volta ao estado inicial. (a) Desenhe este ciclo no plano P V;

Passo 1

Vamos resumir o que a questão está pedindo. Temos uma amostra de gás hélio que passa por três processos diferentes: expansão isotérmica, resfriamento isobárico e compressão adiabática, voltando ao estado inicial. O conteúdo principal aqui é termodinâmica, especificamente os processos de expansão e compressão de gases. Para resolver isso, vamos precisar entender como cada processo afeta pressão e volume, e como representá-los no diagrama PV.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que significa cada processo:
  • Isotérmico: A temperatura permanece constante. Para gases ideais, isso significa que P times V = constante.
  • Isobárico: A pressão permanece constante.
  • Adiabático: Não há troca de calor com o ambiente. A relação entre pressão e volume segue P times V^gamma = constante, onde gamma é a razão dos calores específicos.

Passo 3

Começamos com a expansão isotérmica. A amostra de gás expande de 2,49, L para 12,5, L mantendo a temperatura constante. No diagrama PV, isso será representado por uma curva hiperbólica que se estende para a direita.

Passo 4

Depois da expansão, ocorre o resfriamento isobárico. Aqui, a pressão permanece constante enquanto o volume muda. No diagrama PV, isso aparece como uma linha horizontal, já que a pressão não muda, apenas o volume.

Passo 5

Finalmente, temos a compressão adiabática que traz o gás de volta ao estado inicial. Essa compressão é representada por uma curva mais acentuada no diagrama PV, seguindo a relação adiabática P times V^gamma = constante.

Resposta

No diagrama PV, o ciclo formado aparece como uma curva hiperbólica de expansão isotérmica, seguida por uma linha horizontal de resfriamento isobárico e, por fim, uma curva adiabática de compressão que retorna ao ponto inicial. Assim, o ciclo completo no plano PV se assemelha a um laço fechado com essas três etapas distintas.

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