Defina e represente graficamente, em termos da Primeira Lei, os processos adiabático, iscórico, isobárico e isotérmico.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem um exercício que pede para definir e representar graficamente, usando a Primeira Lei da Termodinâmica, quatro processos diferentes: adiabático, isocórico, isobárico e isotérmico. A matéria envolvida aqui é termodinâmica, mais especificamente os processos termodinâmicos. Para resolver isso, vamos precisar entender a Primeira Lei da Termodinâmica e como ela se aplica a cada um desses processos. Vamos então definir cada processo e ver como eles se representam graficamente.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar da Primeira Lei da Termodinâmica, que é essencialmente a lei da conservação da energia aplicada aos sistemas termodinâmicos. Ela pode ser escrita como:
De
Onde:
  • é a variação da energia interna do sistema.
  • é o calor fornecido ao sistema.
  • é o trabalho realizado pelo sistema.
Essa equação nos ajuda a entender como energia é transferida e transformada dentro do sistema durante um processo termodinâmico.

Passo 3

Agora, vamos definir cada processo:
  1. Processo Adiabático: Nesse processo, não há troca de calor com o ambiente, ou seja, De. Portanto, a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado:
De
Graficamente, no diagrama De (Pressão vs. Volume), a curva adiabática tem uma inclinação mais acentuada comparada à isoterma.
  1. Processo Isocórico: Também chamado de processo a volume constante, aqui o volume Q = W não muda, então . Como não há variação de volume, não há trabalho realizado ( ). Assim, toda a variação de energia interna é devido ao calor:
No diagrama , é representado por uma linha vertical, já que o volume não muda.
  1. Processo Isobárico: Nesse caso, a pressão se mantém constante. O trabalho realizado é dado por . A variação da energia interna depende do calor fornecido e do trabalho realizado:
No diagrama , é representado por uma linha horizontal, pois a pressão permanece constante.
  1. Processo Isotérmico: Aqui, a temperatura do sistema permanece constante. Para um gás ideal, isso implica que . Portanto, a variação da energia interna é zero ( ), e o calor fornecido é igual ao trabalho realizado:
Graficamente, a isoterma é representada por uma curva hiperbólica no diagrama .

Passo 4

Vamos resumir graficamente cada processo no diagrama :
  • Adiabático: Curva mais inclinada que a isoterma, sem troca de calor.
    Adiabático
  • Isocórico: Linha vertical, já que o volume não muda.
    Isocórico
  • Isobárico: Linha horizontal, mantendo a pressão constante.
    Isobárico
  • Isotérmico: Curva hiperbólica, mantendo a temperatura constante.
    Isotérmico
Obs: As imagens são representações simplificadas para auxiliar na visualização dos processos.

Resposta

Definimos e representamos graficamente, utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica, os processos adiabático, isocórico, isobárico e isotérmico conforme descrito acima, destacando suas características e representações no diagrama .

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