Dois litros de nitrogênio, a 0^circ C e 5 atm de pressão, expande-se isotermicamente contra uma pressão constante de 1 atm , até que a pressão do gás seja também de 1 atm . Supondo que o N2 seja um gás ideal, quais são os valores de w, De<a T, De<a U, De<a H e q para o processo?

Passo 1

Neste exercício temos 2 L de N 2 a 0 °C (273,15 K) e 5 atm que se expande isotermicamente contra pressão externa constante de 1 atm até que a pressão do gás seja 1 atm. Vamos usar a lei dos gases ideais, o conceito de trabalho em processo irreversível contra pressão constante e a primeira lei da termodinâmica.

Passo 2

Usamos a lei dos gases ideais para calcular o número de mols n do N 2:
n = P1 V1R T = 5,atm cdot 2,L0,08206,L atm/(mol K) cdot 273,15,K approx 0,446,mol

Passo 3

Como a expansão é contra pressão externa P ext = 1 atm e permanece isotérmica, o volume final V f é
Vf = n R TPext = 0,446,mol cdot 0,08206,L atm/(mol K) cdot 273,15,K1,atm approx 10,L

Passo 4

O trabalho realizado pelo gás contra pressão constante é dado por
w = -Pext,(Vf - Vi) = -1,atm ,(10,L - 2,L) = -8,L atm
Convertendo para joules sabendo que 1 L atm = 101,325 J:
w = -8,L atm times 101,325,J/L atm approx -810,6,J

Passo 5

Como é um processo isotérmico de gás ideal, temos De<a T = 0, logo
De<a U = 0 e De<a H = 0
Finalmente, pela primeira lei da termodinâmica De<a U = q + w, obtemos
q = -w approx +810,6,J

Resposta

w approx -810,6,J,; De<a T = 0,; De<a U = 0,; De<a H = 0,; q approx +810,6,J

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