Considere o mesmo sistema e as mesmas condições iniciais, porém, ao mesmo tempo que a chama está sob o cilindro e o êmbolo se levanta, os pesos deste são removidos de tal maneira que durante o processo a temperatura do gás se mantém constante. Considere que o volume final é de
. Calcule o trabalho sobre o gás.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado nos pede para calcular o trabalho realizado sobre um gás durante um processo onde a temperatura se mantém constante. Isso se encaixa no estudo da Termodinâmica, mais especificamente em Processos Isotérmicos. Para resolver isso, vamos precisar usar a fórmula que calcula o trabalho em processos isotérmicos de um gás ideal.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é um processo isotérmico. É quando a temperatura do sistema permanece constante durante todo o processo. Para um gás ideal, isso significa que a energia interna não muda, e todo o trabalho realizado é igual ao calor trocado.
Passo 3
Agora, vamos lembrar a fórmula para calcular o trabalho realizado por um gás durante um processo isotérmico:
Onde:
-
é o trabalho realizado sobre o gás. -
é o número de mols do gás. -
é a constante dos gases ideais ( ). -
é a temperatura constante em Kelvin. -
é o volume final. -
é o volume inicial. -
é o logaritmo natural.
Passo 4
No enunciado, já sabemos que o volume final
é de
. Para prosseguir, precisamos do volume inicial
, do número de mols
, e da temperatura
. Vamos supor que essas informações estejam disponíveis ou já conhecidas do sistema anterior mencionado.
Passo 5
Com todas as informações em mãos, substituímos os valores na fórmula:
Certifique-se de que todas as unidades estão corretas, principalmente a temperatura em Kelvin e os volumes em metros cúbicos.
Passo 6
Finalmente, calculamos o valor do trabalho
utilizando os dados fornecidos. Se você tiver os valores específicos de
,
,
e
, basta substituir na equação e resolver.
Resposta
O trabalho realizado sobre o gás durante o processo isotérmico é dado por:
Basta substituir os valores de
,
,
e
na fórmula para obter o valor numérico do trabalho.
Exercícios relacionados
Considere o mesmo sistema, porém agora os pesos são removidos de tal maneira que a expressão
seja constante e descreva a relação entre a pressão e o volume durante o processo. Considere o volume final novamente de
. Calcule o trabalho sobre o gás.
O trabalho total realizado pelo gás é positivo, negativo, ou nulo? O calor total trocado é positivo, negativo, ou nulo? Esse ciclo corresponde a uma máquina térmica ou a uma bomba de calor? Justifique apenas com palavras cada uma das respostas.
A força elétrica que uma carga exerce sobre outra muda se outras cargas forem trazidas para as proximidades desta? Justifique.
Qual deve ser a distância entre a carga pontual
e a carga pontual
para que a força elétrica entre elas tenha intensidade de
?