Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 19.Problemas Adicionais - Ex. 81
Um gás ideal é submetido a um ciclo completo em três etapas: expansão adiabática com um trabalho de , contração isotérmica a e aumento de pressão a volume constante. (a) Plote as três etapas em um diagrama . (b) Qual é a quantidade de calor transferido na etapa ? (c) O calor é absorvido ou cedido pelo gás?
Passo 1
Vamos entender a ideia geral pra construir esse gráfico.
O eixo vai representar a pressão do gás, e o eixo vai representar o volume.
A expansão adiabática é uma curva que obedece a essa equação aqui:
Perceba que a seta aponta no sentido em que o volume aumenta.
A contração isotérmica é uma curva parecida com a adiabática, mas apontando no outro sentido. Ela segue essa equação aqui:
E o aumento de pressão a volume constante é só uma reta apontando pra cima:
Pronto, esse já é um esboço razoável! É só acrescentar os títulos e escalas nos eixos.
Passo 2
(b) Pra medir a quantidade de calor transferido naquela etapa, vamos pensar o seguinte.
Na parte isotérmica, a variação da energia interna é zero, concorda?
E na parte adiabática, como o calor trocado é zero, a energia interna é igual a menos trabalho:
Beleza, e na etapa que queremos (o segmento verde no gráfico). Como não existe variação de volume, o trabalho é zero, então:
Mas como a variação da energia interna no ciclo inteiro tem que zero, e até agora a energia é :
Pronto!
Passo 3
(c) Como o sinal é positivo, podemos dizer que o calor é absorvido pelo gás!
Resposta
(b) .
(c) O calor é absorvido pelo gás.