Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 19.Exercício - Ex. 25
O calor flui para dentro do gás monoatômico ideal, e o volume aumenta enquanto a pressão é mantida constante. Que fração da energia calorífica é usada para realizar trabalho de expansão do gás?
Passo 1
Vamos começar relembrando da primeira lei da termodinâmica:
Certo?
E para um gás ideal a variação de energia interna também é:
E lembrando que para um gás monoatômico .
Então a variação da energia interna é:
Certo até aqui?
Passo 2
Agora vamos nos ater ao fato de que se trata de um processo a pressão constante em um gás ideal. Sendo assim, ele obedece à equação dos estados, e quando sua pressão é mantida constante podemos dizer o seguinte:
Ou também:
E o trabalho à pressão constante tem a seguinte fórmula:
E em função da temperatura é:
Passo 3
Agora vamos juntar tudo isso. O calor é dado lá do passo :
E também do passo temos a variação da energia interna em função da temperatura:
Assim o calor fica:
Mas do passo sabemos que é o trabalho realizado, então o calor pode ser dado só em função do trabalho:
Passo 4
Sendo assim a fração do calor para realizar o trabalho é: