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:
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:
- Processo Adiabático: Nesse processo, não há troca de calor com o ambiente, ou seja,
. Portanto, a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado:
Graficamente, no diagrama
(Pressão vs. Volume), a curva adiabática tem uma inclinação mais acentuada comparada à isoterma.
- Processo Isocórico: Também chamado de processo a volume constante, aqui o volume
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.
- 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.
- 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.
-
Isocórico: Linha vertical, já que o volume não muda.
-
Isobárico: Linha horizontal, mantendo a pressão constante.
-
Isotérmico: Curva hiperbólica, mantendo a temperatura constante.
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
.