Durante uma transformação isotérmica quase-estática a o volume de certa quantidade de gás, inicialmente sob pressão de , passa de para . Qual das seguintes afirmações é correta?
- A energia térmica aumentou e o trabalho externo foi nulo.
- A energia térmica aumentou e o sistema trocou calor com o ambiente.
- O trabalho externo é nulo e a energia térmica permaneceu constante.
- A energia térmica permaneceu constante e o sistema trocou calor com o ambiente.
- A energia térmica permaneceu constante e o calor trocado com o ambiente foi nulo.
Passo 1
Vamos pensar juntos! Numa expansão isotérmica, quer dizer que o gás se expande a uma temperatura constante.
Então, temos que pensar na equação que relacionará a quantidade de calor cedida ou recebida pelo gás com o trabalho realizado por este. E a primeira Lei da Termodinâmica nos dá essa equação!
Como o enunciado diz que temos uma expansão, isso quer dizer que o gás realiza trabalho sobre o ambiente. Para termos conservação de energia, essa perda de energia por trabalho tem que ser compensada por um ganho de energia através de calor.
Como se trata de um processo isotérmico , fazendo com que o .
No processo isotérmico o trabalho é definido como:
Utilizando a equação da Primeira Lei, chega-se a:
Como:
Logo:
Observando a equação acima, percebe-se que fisicamente temos que aumentar o volume do gás aos poucos, mantendo-o em contato com um reservatório térmico a do gás.
Cada pequeno aumento do volume leva uma pequena diminuição da do gás. Então a forma de se fazer uma expansão mantendo a , seria esperar o gás absorver energia do reservatório (calor) até voltar a do gás.
Resposta
Letra D.