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?
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:
- Expansão isotérmica (temperatura constante, logo energia interna não varia).
- Expansão adiabática (sem troca de calor com o ambiente).
O conteúdo é termodinâmica (1ª lei):
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
constante.
Num gás ideal, (energia interna) depende só de
, então
Num gás ideal,
Pela 1ª lei:
Como no processo de expansão o gás faz trabalho positivo (
), temos
. 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
A 1ª lei vira
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
constante exigindo
.