Um gás ideal monoatômico ocupa um volume de 1000 L a 8 atm e 400 K . Assumindo que o gás se expande até uma pressão final de 1 atm, calcule o volume e a temperatura finais, o trabalho, o calor e a variação de energia interna para cada um dos seguintes processos:
expansão no vácuo.
expansão no vácuo.
Passo 1
O enunciado nos dá um gás ideal monoatômico que está inicialmente em
e se expande até uma pressão final
. Para resolver a expansão no vácuo (expansão livre) vamos usar:
- A natureza da expansão livre (nenhum trabalho e sem troca de calor).
- A primeira lei da termodinâmica
. - A lei dos gases ideais
.
Passo 2
Em expansão no vácuo a pressão externa é zero, logo não há trabalho de pressão:
Além disso, o processo é adiabático e não há troca de calor com o ambiente:
Pela primeira lei,
Como num gás ideal monoatômico a energia interna depende só da temperatura
, ter
implica
Passo 3
Para achar o volume final
, igualamos as constantes da lei dos gases ideais nos estados 1 e 2:
Como
, isso simplifica para
Passo 4
Reunindo os resultados para a expansão livre: