Um certo gás se expande no vácuo. Se o sistema for isolado das suas vizinhanças termicamente, sua energia aumenta ou diminui? Explique. Considere o gás ideal.
Passo 1
O enunciado diz que um gás ideal se expande livremente (no vácuo) e está isolado termicamente das vizinhanças. O conteúdo aqui é a Primeira Lei da Termodinâmica, que relaciona variação de energia interna, calor e trabalho.
Passo 2
Pela Primeira Lei da Termodinâmica temos
Como o sistema está isolado termicamente, o calor trocado é
. Na expansão livre contra vácuo, não há pressão externa fazendo trabalho, logo
. Substituindo,
Além disso, para um gás ideal a energia interna
depende apenas da temperatura, então
implica temperatura constante.
Resposta
A energia interna do gás permanece constante (não aumenta nem diminui) durante a expansão livre isolada.