Considerando a descrição dos sistemas listados abaixo, classifique a transferência de energia com a vizinhança nos seguintes processos como somente trabalho, somente calor, ambos ou nenhum.
a) Um gás em um cilindro é comprimido por um pistão e como resultado a temperatura do gás aumenta. O gás é o sistema.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre um gás em um cilindro sendo comprimido por um pistão, e a temperatura do gás aumenta. Nosso objetivo é classificar a transferência de energia com a vizinhança nesse processo como somente trabalho, somente calor, ambos ou nenhum. Para resolver isso, vamos usar conceitos de termodinâmica, especialmente a primeira lei, que relaciona energia interna, calor e trabalho.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar da primeira lei da termodinâmica, que é basicamente a lei da conservação de energia para sistemas termodinâmicos. Ela é expressa pela fórmula:
De
Onde:
  • é a variação da energia interna do sistema.
  • é o calor trocado com a vizinhança.
  • é o trabalho realizado pelo sistema.

Passo 3

No nosso caso, o gás está sendo comprimido pelo pistão. Isso significa que a vizinhança (o pistão) está fazendo trabalho sobre o gás. Então, o trabalho é positivo porque está sendo feito no sistema (gás).

Passo 4

A compressão do gás faz com que sua temperatura aumente. Segundo a teoria, se a temperatura aumenta, a energia interna do gás também aumenta. Portanto, .

Passo 5

Agora, voltando à fórmula da primeira lei:
De
Como e , para que a equação seja balanceada, deve ser zero. Ou seja, não houve troca de calor com a vizinhança.

Resposta

A transferência de energia com a vizinhança é somente trabalho.

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