Admitindo um sistema fechado com um gás ideal (
e
a uma temperatura inicial igual a
, pressão inicial de 1 bar e volume de
. Determine a variação a energia interna do sistema (em Joules), o trabalho realizado pelo sistema (em Joules) e o calor trocado pelo sistema (em Joules). Considerando um processo isobárico para obter um volume de
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de Termodinâmica juntos! A gente tem um gás ideal num sistema fechado que passa por um processo isobárico (ou seja, a pressão fica constante). A ideia é determinar três coisas: a variação da energia interna do sistema (
), o trabalho realizado pelo sistema (
) e o calor trocado pelo sistema (
). Para isso, vamos precisar usar as leis dos gases ideais e algumas fórmulas da termodinâmica, como as relações entre calor específico e a definição de processos isobáricos.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a temperatura inicial de Celsius para Kelvin, porque nas equações dos gases ideais usamos Kelvin. A fórmula é:
Então:
Passo 3
Agora, precisamos encontrar a quantidade de matéria, ou seja, o número de mols (
). Usamos a equação dos gases ideais:
Rearranjando para
:
Substituindo os valores:
Então:
Passo 4
Em um processo isobárico, a variação da energia interna (
) é dada por:
Onde
é o calor específico a volume constante.
Passo 5
Para encontrar a variação de temperatura (
), precisamos determinar a temperatura final (
). Usamos novamente a equação dos gases ideais para o estado final:
Substituindo:
Então:
Passo 6
Agora, calculamos a variação da energia interna:
Passo 7
O trabalho realizado pelo sistema (
) em um processo isobárico é:
Então:
Passo 8
Finalmente, o calor trocado pelo sistema (
) é dado pela primeira lei da termodinâmica:
Resposta
A variação da energia interna do sistema é aproximadamente
, o trabalho realizado pelo sistema é
e o calor trocado pelo sistema é
.