Considere o processo no qual um gás é inicialmente comprimido adiabaticamente por um pistão sobre o qual atua uma força de 2 N pela distancia de 2 m . Em seguida o gás se expande contra um força de 1 N pela distância de 1 m . Sabendo que a variação TOTAL de energia do gás, desde antes da compressão até depois da expansão, foi , calcule :
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. A gente tem um gás que passa por duas etapas: primeiro, ele é comprimido sem troca de calor (adiabaticamente) por um pistão que se move 2 metros com uma força de 2 N. Depois, o gás se expande contra uma força de 1 N, movendo o pistão por 1 metro. A variação total de energia do gás nessa transformação é de ΔE = -1 J. Vamos usar conceitos de trabalho e conservação de energia para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o trabalho realizado na compressão. O trabalho (W) é dado pela fórmula:
onde F é a força e d é a distância.
Passo 3
Para a compressão:
Como o gás está sendo comprimido, o trabalho realizado sobre o gás é positivo.
Passo 4
Agora, vamos calcular o trabalho realizado na expansão:
Nesse caso, o trabalho é realizado pelo gás, então é negativo em relação ao sistema:
Passo 5
A variação total de energia interna do gás é a soma dos trabalhos:
Substituindo os valores:
Passo 6
Porém, a questão diz que a variação total de energia é ΔE = -1 J. Isso significa que precisamos considerar que houve uma perda de energia no processo, possivelmente por causa do trabalho realizado pelo gás.
Passo 7
Vamos ajustar a equação:
Sabemos que ΔE = -1 J e que W_{compressão} = 4 J. Então: