a) A quantidade de energia trocada na forma de calor durante o processo é nula, é liberada pelo sistema ou é absorvida pelo sistema? Caso haja energia envolvida, determine seu valor durante o referido processo.
b) Se o processo acima fosse realizado isotermicamente, mas de forma irreversível em um único estágio, a energia na forma de calor trocada no processo seria (em módulo) maior, menor ou igual àquela calculada no item a. Explique com detalhes.
c) Determine a variação de entropia do sistema para a transformação reversível acima.
d) Se durante o processo o sistema fosse fechado por paredes não rígidas e adiabáticas, qual seria a temperatura final do sistema? Use barCV=2,5 R.

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada nesse exercício de termodinâmica. Temos quatro partes (a, b, c e d) que tratam de como a energia e a entropia se comportam durante certos processos. Para resolver isso, vamos precisar lembrar de alguns conceitos básicos de termodinâmica, como calor, trabalho, processos reversíveis e irreversíveis, além de entropia e capacidade calorífica. Vamos lá!

Passo 2

Parte a) Primeiro, a questão pergunta se a quantidade de energia trocada na forma de calor durante o processo é nula, liberada pelo sistema ou absorvida por ele. Se houver energia envolvida, precisamos determinar seu valor.
Vamos lembrar que em termodinâmica, a energia total de um sistema pode mudar por meio de calor (Q) e trabalho (W). A equação básica é:
De
Se o problema indica que a quantidade de energia trocada na forma de calor é nula, então $ Q = 0 $. Isso significa que não há calor sendo transferido para dentro ou para fora do sistema durante o processo.

Passo 3

Parte b) Agora, se o processo fosse realizado isotermicamente (temperatura constante), mas de forma irreversível em um único estágio, precisamos comparar a energia na forma de calor trocada com a do item a.
Em processos irreversíveis, geralmente ocorre mais dissipação de energia devido a fatores como fricção ou gradientes de temperatura. Isso faz com que, para o mesmo trabalho realizado, seja necessário mais calor do que em um processo reversível. Portanto, a energia em forma de calor trocada seria maior em módulo do que a calculada no item a.

Passo 4

Parte c) A variação de entropia ($ \Delta S $) do sistema para uma transformação reversível pode ser calculada usando a fórmula:
De
Como no item a) $ Q = 0 $, a variação de entropia também será zero:
De
Parte d) Se o sistema for fechado por paredes não rígidas e adiabáticas, nenhuma troca de calor ocorre ($ Q = 0 $), e o processo é adiabático. Usando a relação para processos adiabáticos em sistemas ideais:
Q = 0
Sabemos que $ \Delta U = C_V \Delta T $, então:
De
Como não temos trabalho sendo realizado ($ W = 0 $ devido às paredes não rígidas), a temperatura final $ T_f $ será igual à inicial:
Q = 0

Resposta

a) Não há troca de calor durante o processo ($ Q = 0 Q = 0 óçãé \Delta S = 0 $).
d) A temperatura final do sistema permanece a mesma que a inicial.

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