Considere um gás em um cilindro que sofre duas transformações diferentes:
  • Expansão isotérmica: O volume do gás aumenta sem variação da energia interna.
  • Expansão adiabática: O volume do gás aumenta sem troca de calor com o ambiente.
    Em um dos processos, há troca de calor com o ambiente. Qual deles é e por quê?

Passo 1

Beleza, então o enunciado diz que temos um gás num cilindro que passa por duas transformações distintas:
  1. Expansão isotérmica (temperatura constante, logo energia interna não varia).
  2. Expansão adiabática (sem troca de calor com o ambiente).
O conteúdo é termodinâmica (1ª lei):
De
onde ΔU é variação de energia interna, Q é calor trocado e W é trabalho feito pelo gás.
Para resolver, precisamos usar essas definições e a 1ª lei para ver em qual processo há Q≠0.

Passo 2

Vamos olhar na isotérmica: “isotérmica” significa temperatura T constante.
Num gás ideal, U (energia interna) depende só de T, então
De
Pela 1ª lei:
0 = Q - W ;;Rightarrow;; Q = W
Como no processo de expansão o gás faz trabalho positivo ( W>0), temos Q>0. Ou seja: o gás absorve calor do ambiente para manter a temperatura.

Passo 3

Agora a expansão adiabática: por definição, “adiabático” é sem troca de calor, então
Q = 0
A 1ª lei vira
De
Aqui o gás faz trabalho, mas essa energia sai da própria energia interna, não vem calor de fora. Logo não há calor trocado.

Resposta

A transformação que troca calor com o ambiente é a expansão isotérmica, pois mantém T constante exigindo Q = W neq 0.

Exercícios relacionados