Determine a variação a energia interna do sistema (em Joules), o trabalho realizado pelo sistema (em Joules) e o calor trocado pelo sistema (em Joules): Considerando um processo isobárico para obter um volume de
.
Passo 1
Então, galera, a gente tem um exercício de Termodinâmica aqui. A questão pede pra gente encontrar três coisas: a variação da energia interna do sistema, o trabalho realizado pelo sistema e o calor trocado pelo sistema. Tudo isso acontecendo num processo isobárico, ou seja, com pressão constante, que resulta em um volume final de
. Pra resolver, vamos precisar das equações da primeira lei da termodinâmica e das relações específicas para processos isobáricos.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar da primeira lei da termodinâmica, que é basicamente uma versão da conservação da energia para sistemas termodinâmicos. A equação é:
Aqui,
é a variação da energia interna,
é o calor trocado com o ambiente, e
é o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 3
Como o processo é isobárico, a pressão
permanece constante. O trabalho realizado pelo sistema durante um processo a pressão constante pode ser calculado pela fórmula:
Onde
é a variação do volume. Sabemos que o volume final é
, mas precisamos do volume inicial para calcular
. Se não for dado, vamos assumir que o volume inicial é zero ou algum valor específico conforme o contexto do problema.
Passo 4
Assumindo que o volume inicial
seja conhecido ou fornecido, a variação do volume é:
Substituindo na fórmula do trabalho:
Passo 5
Agora, para encontrar o calor
, usamos a primeira lei da termodinâmica rearranjada:
Então, uma vez que tenhamos
e
, podemos encontrar
.
Passo 6
A variação da energia interna
para um gás ideal em um processo isobárico pode ser relacionada à variação da temperatura. Se conhecemos as propriedades do gás, como a capacidade calorífica a volume constante
, podemos usar:
Onde
é o número de mols e
a variação de temperatura.
Resposta
Então, resumindo: