Dois mols de nitrogênio expandem isotermicamente a 273 K de 22,4 L a 44,8 L. Calcule q, w, De<a H e De<a U para cada caso abaixo, supondo comportamento ideal do gás:
a) Reversivelmente; ( R: w=-3146,5 J ; q=3146,5 )

Passo 1

O enunciado envolve um processo isotérmico reversível de 2 mol de N2 a T=273,K, expandindo de V1=22,4,L até V2=44,8,L, tratando-o como gás ideal. Para resolver, vamos usar:
– a expressão do trabalho reversível em expansão isotérmica de gás ideal,
– a 1.ª lei da termodinâmica ( De<a U = q + w),
– o fato de que, para gás ideal em processo isotérmico, De<a U = 0 e De<a H = 0.

Passo 2

Em um processo isotérmico reversível temos
w = -n cdot R cdot T cdot ln V2V1
Substituindo n=2, R=8,314, J/(mol,K), T=273,K e tfracV2V1=2 resulta
w = -2 times 8,314 times 273 times ln 2 approx -3146,5,J

Passo 3

Para gás ideal em processo isotérmico a temperatura não varia, logo
De<a U = 0
E como entalpia de gás ideal depende só da temperatura, temos também
De<a H = 0

Passo 4

Pela 1.ª lei, De<a U = q + w. Como De<a U=0, segue
q = -,w = 3146,5,J

Resposta

w = -3146,5,J
q = 3146,5,J
De<a U = 0,J
De<a H = 0,J

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