Exercícios Resolvidos de Primeira lei da termodinâmica

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Enunciado

Num dado recipiente contendo um líquido, é imerso um cilindro contendo gás ideal, confinado por um êmbolo móvel, conforme as figuras adiante

O recipiente está sobre uma fonte térmica e a base do recipiente é diatérmica, permitindo trocas de calor entre a fonte e o recipiente. As demais paredes do recipiente são adiabáticas e as paredes do cilindro que contém o gás são diatérmicas. A fonte térmica fornece 2000 J para o sistema formado pelo líquido e o gás, conforme figura (I) acima. Devido ao calor fornecido pela fonte térmica, a temperatura do líquido aumenta de 3K, consumindo 1500 J. Por outro lado, o gás realiza uma expansão com um aumento de volume de 8 m 3 , a uma pressão constante de 50   N / m 2 , como representado na figura (II) acima.

a) Calcule o trabalho realizado pelo gás.

b) Calcule a variação da energia interna do gás.

c) Nesse processo, o que acontece com a energia cinética das partículas que compõem o gás: aumenta, diminui ou não muda? Justifique a sua resposta.

Passo 1

a) O trabalho à pressão constante é calculado pela fórmula:

w e x p a n s ã o = - P e x t . ∆ V

50 N m 2 = 50 P a  

w e x p a n s ã o = - 50 P a   x   8 m 3 = - 400 J

Passo 2

b) A energia interna do gás pode ser calculada pela 1ª lei da termodinâmica:

∆ U = q + w

Como o calor cedido pela fonte é de 2000J e 1500J é absorvido pelo líquido, podemos concluir que 500J são absorvidos pelo gás!

Como o calor é absorvido, q = + 500 J .

∆ U = 500 - 400 = + 100 J

Passo 3

c) Como a energia interna aumenta, a temperatura aumenta e, consequentemente, a cinética das partículas também aumenta!

Se a variação de energia interna fosse negativa, a temperatura diminuiria e a velocidade das partículas também.

Resposta

a) -400J

b) 100J

c) A cinética das partículas aumenta!

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