Diferentes processos alteram a relação entre calor, trabalho e energia interna. Para cada um dos processos abaixo, explique o que acontece com o calor trocado, o trabalho realizado e a variação da energia interna:
Processo isobárico (
constante)
Processo isobárico (
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente analisar um processo isobárico, que é quando a pressão § se mantém constante. Vamos precisar entender como o calor (Q), o trabalho (W) e a energia interna (ΔU) mudam nesse tipo de processo. Para resolver isso, vamos usar a primeira lei da termodinâmica, que relaciona essas grandezas.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar a primeira lei da termodinâmica, que diz:
Aqui, ΔU é a variação da energia interna, Q é o calor trocado com o ambiente, e W é o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 3
No processo isobárico, a pressão é constante. Isso significa que o trabalho realizado W pode ser calculado por:
Onde ΔV é a variação de volume. Se o sistema se expande, ΔV é positivo e o trabalho W também é positivo (o sistema realiza trabalho sobre o ambiente). Se o sistema comprime, ΔV é negativo e o trabalho W é negativo (o ambiente realiza trabalho sobre o sistema).
Passo 4
Agora, vamos falar sobre o calor (Q). No processo isobárico, o calor trocado depende se o sistema está absorvendo ou liberando calor:
- Q > 0: o sistema absorve calor.
- Q < 0: o sistema libera calor.
Esse calor pode causar uma mudança na energia interna e/ou no trabalho realizado.
Passo 5
Finalmente, a variação da energia interna (ΔU) depende do tipo de substância e do processo, mas pela primeira lei da termodinâmica, sabemos que:
Resposta
Em um processo isobárico (P constante), se o sistema absorve calor (Q > 0), parte desse calor é usado para realizar trabalho (W = PΔV) e o restante aumenta a energia interna (ΔU). Se o sistema libera calor (Q < 0), ele realiza trabalho negativo (o ambiente faz trabalho sobre o sistema) e a energia interna diminui. Assim, Q, W e ΔU estão diretamente relacionados conforme a primeira lei da termodinâmica.