Calcule , q e w para uma expansão adiabática irreversível, partindose das mesmas condições do sistema do exercício anterior, porém chegando-se a um volume final 10 vezes maior que o inicial mediante expansão contra uma pressão externa idêntica à pressão final do sistema.

Passo 1

Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. A gente precisa calcular quatro coisas: a variação da energia interna ( ), a variação da entalpia ( ), o calor trocado ( ) e o trabalho realizado ( ) durante uma expansão adiabática irreversível. O sistema começa com certas condições (as mesmas do exercício anterior) e expande até ter um volume final 10 vezes maior que o inicial. Essa expansão acontece contra uma pressão externa que é igual à pressão final do sistema.
Vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente relacionados a processos adiabáticos e irreversíveis. Vamos precisar das fórmulas que relacionam energia interna, entalpia, calor e trabalho nesses tipos de processos.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é uma expansão adiabática. Em uma expansão adiabática, não há troca de calor com o ambiente, ou seja, . Isso já nos dá uma parte da resposta!

Passo 3

Agora, vamos falar sobre o trabalho ( ). Em uma expansão contra uma pressão externa ( ), o trabalho realizado é dado por:
O sinal negativo indica que o sistema está fazendo trabalho sobre o ambiente.

Passo 4

A variação da energia interna ( ) em um processo adiabático é igual ao trabalho realizado, já que :
Então, também será igual a .

Passo 5

Para a variação da entalpia ( ), usamos a relação:
Como estamos lidando com um gás ideal (supondo isso para simplificar), , já que a pressão final é igual à pressão externa.
Então:

Resposta

Portanto, para a expansão adiabática irreversível descrita:

Exercícios relacionados

Calcule o trabalho realizado pelo sistema em uma expansão isotérmica de 1 mol de um gás ideal, a C, partindo de um estado inicial de pressão igual a 1 atm e chegando-se a um estado final de pressão , supondo que a expansão se dê:
d) em uma única etapa reversível.
Para o ar a e e atm . Aproximando-se o coeficiente Joule-Thomson como uma função linear da pressão, calcule o esfriamento observado quando o ar passa de 20 atm para 1 atm numa expansão estrangulada.
Sabendo-se que a capacidade calorífica (em cal ) a pressão constante para o obedece à seguinte função:
Calcule Cp a 300 K , a 1000 K , o de aquecimento de 1 mol de entre 300 K e 1000 K e a capacidade calorífica média neste intervalo de temperatura.
No instante , a pá de lado tem ângulo de com a horizontal no sentido anti-horário. Em quais instantes de tempo essa pá cruzará a semirreta horizontal à direita do ponto O antes de parar e inverter o movimento?