Analise os processos termodinâmicos abaixo e, para cada um, determine o sinal (positivo, negativo ou zero) para o calor (q), trabalho (w) e variação de energia interna ( \Delta \mathrm{U} ). Justifique brevemente cada sinal.
Expansão isotérmica de um gás ideal contra o vácuo.

Passo 1

O enunciado descreve uma expansão isotérmica de um gás ideal contra o vácuo (expansão livre). O conteúdo usado será a primeira lei da termodinâmica, que diz que
\Delta U = q + w
onde q é o calor trocado pelo sistema e w é o trabalho realizado pelo sistema.

Passo 2

No caso da expansão contra o vácuo não existe pressão externa atuando sobre o gás, logo não há trabalho de expansão. Portanto
w = 0.

Passo 3

Para um gás ideal a energia interna depende apenas da temperatura. Numa expansão isotérmica a temperatura não muda, logo
\Delta U = 0.

Passo 4

Aplicando a primeira lei
\Delta U = q + w
substituindo \Delta U = 0 e w = 0 obtemos
0 = q + 0
ou seja
q = 0.

Resposta

q = zero
w = zero
\Delta U = zero

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