Imagine um recipiente fechado contendo ar comprimido. O recipiente está em um ambiente onde a temperatura externa varia ao longo do dia.
(b) Se a tampa do recipiente for aberta rapidamente, o que acontece com a pressão e a temperatura do ar dentro do recipiente? Explique com base nos conceitos termodinâmicos.

Passo 1

Beleza! A gente tem um recipiente fechado cheio de ar comprimido e a temperatura externa varia, mas o que importa é a hora em que a gente abre a tampa rapidinho. O conteúdo é Termodinâmica de gases: expansão de gás e efeitos adiabáticos e irreversíveis (Joule–Thomson). Vamos precisar entender como a pressão muda quando abrimos a tampa e o que rola com a temperatura durante essa expansão rápida.

Passo 2

Antes de abrir: pressão interna alta ( pi) e temperatura Ti. Quando a gente abre rápido, a pressão dentro do recipiente cai instantaneamente até se igualar à pressão externa ( pf = pext). Isso acontece porque o gás “vaza” para o ambiente até equilibrar as pressões.

Passo 3

Agora, a temperatura. Como abrimos rápido, o processo é praticamente adiabático (não há tempo pra trocar calor com o ambiente) e muito irreversível (fluxo rápido, turbulência). Em termodinâmica, para um processo adiabático e irreversível de um gás real, a gente usa o efeito Joule–Thomson:
muJT = (partial Tpartial p)H
que diz se, ao expandir a pressão cai ou sobe a temperatura. No caso do ar (e de muitos gases reais a temperaturas ambientes), muJT é positivo, ou seja, quando a pressão cai, a temperatura também cai.

Passo 4

Se fosse um gás ideal e fôssemos fazer uma expansão livre ideal (sem atrito, sem interação), a temperatura não mudaria porque U = U(T) e De implica De. Mas no mundo real tem atrito, viscosidade, perda de energia interna que acaba resfriando: a expulsão rápida faz o gás esfriar um pouquinho.

Resposta

Ao abrir a tampa rapidamente, a pressão interna do recipiente cai até igualar à pressão externa e a temperatura do ar no interior sofre uma queda (resfriamento leve) devido ao efeito Joule–Thomson em um processo adiabático e irreversível.

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