Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica e realiza 500 J de trabalho sobre a vizinhança. Sabendo que a variação da energia interna
é zero, determine o calor trocado com a vizinhança. O sistema ganha ou perde calor?
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz o seguinte: um gás ideal faz uma expansão isotérmica (ou seja, temperatura constante) e, durante isso, ele realiza 500 J de trabalho sobre o ambiente. Como é isotérmico, a variação da energia interna é
. A matéria aqui é Termodinâmica—mais especificamente a Primeira Lei da Termodinâmica. Para resolver, precisamos saber a forma da Primeira Lei e as convenções de sinal para calor (
) e trabalho (
).
Passo 2
Primeira Lei da Termodinâmica (convenção:
quando entra calor no sistema e
quando o sistema faz trabalho):
Aqui
é a variação da energia interna,
é o calor trocado e
é o trabalho realizado pelo sistema. Se a expansão realiza trabalho sobre a vizinhança, esse
é positivo.
Passo 3
No nosso caso
(isotérmico em gás ideal). E o enunciado falou que o gás realiza
. Substituindo na Primeira Lei:
Isso significa que, para manter a temperatura constante enquanto faz trabalho, o sistema absorve calor de
da vizinhança.
Resposta
O calor trocado é
, e o sistema ganha calor (absorve
).