Um gás é contido em um cilindro dotado de um pistão que pode se mover sem atrito. Um peso colocado sobre o pistão garante uma pressão total exercida sobreo gás de 200 kPa . Inicialmente, o gás ocupa o volume de
, quando calor na quantidade de 25 kJ é fornecido ao gás, aquecendoo e fazendo-o expandir até o volume de
à pressão constante (o peso é mantido sobre o pistão). Calcule:
(b) a variação de energia interna do sistema. (19kJ)
(b) a variação de energia interna do sistema. (19kJ)
Passo 1
Beleza, a ideia é aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica (matéria: Termodinâmica básica). A questão diz: temos um gás num cilindro com pistão sem atrito, pressão externa constante de 200 kPa, volume inicial de 0,02 m³. Aí colocam 25 kJ de calor no sistema e o gás expande até 0,05 m³, ainda a 200 kPa. Você precisa achar a variação da energia interna, ΔU. Vamos usar que ΔU = Q − W e calcular o trabalho W feito pelo gás.
Passo 2
Calcular o trabalho
de expansão a pressão constante.
Teoria: para um processo isobárico,
Teoria: para um processo isobárico,
Aqui
,
,
.
Então
Então
Passo 3
Aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica:
A gente sabe que entrou
de calor e o gás fez
de trabalho. Substituindo,
Resposta
A variação da energia interna do sistema é