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.
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:
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:
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.