Quanto calor precisa ser perdido por 56 g de nitrogênio para comprimi-lo isotermicamente da pressão de 100 kPa para a pressão de 500 kPa , à temperatura de 300 K ? Considere o nitrogênio como um gás ideal.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para descobrir quanto calor precisa ser perdido por 56 g de nitrogênio quando ele é comprimido de 100 kPa para 500 kPa, mantendo a temperatura constante em 300 K. Isso envolve conceitos de Termodinâmica, especificamente processos isotérmicos para gases ideais. Vamos precisar usar a equação dos gases ideais e a fórmula do trabalho em processos isotérmicos.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de matéria (n) do nitrogênio. Sabemos que a massa (m) é 56 g e a massa molar (M) do nitrogênio (N₂) é aproximadamente 28 g/mol.
Passo 3
Como o processo é isotérmico (temperatura constante), a variação da energia interna (ΔU) do gás ideal é zero. Isso significa que o calor (Q) trocado é igual ao trabalho (W) realizado no processo:
Passo 4
Para um processo isotérmico de um gás ideal, o trabalho realizado é dado por:
Mas como estamos trabalhando com pressões, podemos usar a relação
, então:
Substituindo na fórmula do trabalho:
Passo 5
Vamos substituir os valores na fórmula. Sabemos que:
-
-
(constante dos gases) -
-
-
Passo 6
Calculando o logaritmo natural:
Então:
Resposta
O calor que precisa ser perdido é aproximadamente -8.000 J. Isso significa que 8.000 J de calor são retirados do sistema durante a compressão isotérmica.
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