Um sistema fechado formado por
de um gás ideal é submetido a um processo isotérmico reversível a 500 K , no qual a pressão final é a metade do seu valor inicial. Para esse processo:
a) A quantidade de energia trocada na forma de calor durante o processo é nula, é liberada pelo sistema ou é absorvida pelo sistema? Caso haja energia envolvida, determine seu valor durante o referido processo.
a) A quantidade de energia trocada na forma de calor durante o processo é nula, é liberada pelo sistema ou é absorvida pelo sistema? Caso haja energia envolvida, determine seu valor durante o referido processo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um sistema fechado com 4 mol de gás ideal passando por um processo isotérmico (temperatura constante) de forma reversível a 500 K. A pressão final é metade da inicial. Vamos usar conceitos de Termodinâmica, especialmente sobre processos isotérmicos e a relação entre calor e trabalho nesses processos.
Passo 2
Primeiro, sabemos que em um processo isotérmico para um gás ideal, a variação da energia interna (
) é zero porque a energia interna depende apenas da temperatura, que está constante. A relação que vamos usar é a Primeira Lei da Termodinâmica:
Como
, temos:
Isso significa que o calor trocado (
) é igual ao trabalho realizado (
).
Passo 3
Agora, vamos calcular o trabalho realizado durante esse processo isotérmico reversível. A fórmula para o trabalho em um processo isotérmico é:
Como a pressão final é metade da inicial (
) e
(pela lei dos gases ideais), podemos relacionar os volumes:
Então, substituindo na fórmula:
Passo 4
Vamos agora substituir os valores conhecidos na fórmula. Temos:
Calculando o trabalho:
Passo 5
Como
e o trabalho
é positivo, isso significa que o sistema está realizando trabalho sobre o ambiente. Portanto, o calor
também é positivo, indicando que o sistema está absorvendo calor.
Resposta
Durante o processo isotérmico, o sistema absorve aproximadamente
de energia na forma de calor.
Exercícios relacionados
Um mol de um gás ideal monoatômico (
) é mantido à pressão constante de
e então é resfriado reversivelmente de
a
. Responda:
© Se o processo de resfriamento do gás no mesmo intervalo de temperatura fosse realizado à volume constante, a quantidade de energia na forma de calor envolvida no processo seria maior ou menor? Justifique apresentando o novo valor de e diga qual a razão termodinâmica desse resultado.
© Se o processo de resfriamento do gás no mesmo intervalo de temperatura fosse realizado à volume constante, a quantidade de energia na forma de calor envolvida no processo seria maior ou menor? Justifique apresentando o novo valor de
Uma barra de ferro foi colocada no interior de um contêiner sob pressão constante de 1,0 atm. Esperou-se tempo suficiente para que o equilíbrio térmico entre a barra e o contêiner fosse alcançado e verificou-se que durante o processo o volume da barra aumentou
. Para o sistema sob estudo (barra de ferro):
d) A barra poderia ser utilizada para construir um termômetro? Explique e diga em que lei da termodinâmica você se baseou para dar sua resposta. Enuncie esta lei.
d) A barra poderia ser utilizada para construir um termômetro? Explique e diga em que lei da termodinâmica você se baseou para dar sua resposta. Enuncie esta lei.
Um estudante disse ter adicionado um volume de
de água no interior de um contêiner de 10,0 L, evacuado, de paredes rígidas e impermeáveis. Então, ele esperou tempo suficiente para que o equilíbrio termodinâmico fosse alcançado e verificou que durante o processo, água na forma de vapor preencheu todo o recipiente, estabelecendo uma pressão final de
em uma temperatura final de
. Considerando que o comportamento ideal do vapor de água nesta pressão é razoável, o relato do estudante é verdadeiro? Justifique.
Um sistema fechado formado por
de um gás ideal é submetido a um processo isotérmico reversível a 500 K , no qual a pressão final é a metade do seu valor inicial. Para esse processo:
c) Determine a variação de entropia do sistema para a transformação reversível acima.
c) Determine a variação de entropia do sistema para a transformação reversível acima.