Enunciado
Física - Young and Freedman - Vol 2- Ed: 12º - Capítulo 19.Problemas - Ex. 46
Três moles de gas argônio (considerado um gas ideal) originalmente a uma pressão de e a um volume de são aquecidos e expandidos sob pressão constante até um volume de , depois aquecidos a volume constante ate que a pressão atinja , aseguir resfriados e comprimidos à pressão constante até que o volume volte a ser e, finalmente, resfriados a volume constante até que a pressão volte ao valor original de . a) Desenha o diagrama desse ciclo. b) Calcule o trabalho total realizado pelo gas ou sobre o gas durante o ciclo. c) Calcule o calor total trocado com o meio ambiente. O gás ganha ou perde calor, no final das contas?
Passo 1
a) Como a pressão no primeiro processo é constante, no processo seguinte o volume que é, depois a pressão novamente e por último o volume de novo, então nosso gráfico é um retângulo:
Como dá para ver pela imagem, dividimos a escala de pressão por e multiplicamos a escala de volume por .
Passo 2
b) O trabalho total pode ser calculado fazendo a área do retângulo, fazemos o maior valor que a pressão atingiu menos o menor, vezes o maior de volume vezes o menor, assim:
Sendo que quando o gás expande, o trabalho é positivo e quando contrai, é negativo, assim, o processo terá trabalho positivo, e o processo negativo. Os outros dois processos não possuem variação de temperatura, então não realizam trabalho.
Como está numa posição de maior energia, já que a pressão é maior, o trabalho negativo realizado ali é maior que no processo, e o valor líquido que a gente calculou deve ser negativo:
Passo 3
c) Como os processos formam um ciclo, isso significa que a variação de energia interna de todos os processos juntos é zero:
Então pela primeira lei da termodinâmica:
E como já calculamos o trabalho na letra (b), o calor será:
Como o sinal é negativo, o gás perde calor.