Uma quantidade de 2 moles de gás argônio, de comportamento ideal, é confinada a
e
. Para cada transformação citada a seguir, com base nos seus conhecimentos teóricos, responda justificando:
a) Determine a variação de energia interna (
), o trabalho (w) e o calor (q):
iii) Na expansão isotérmica brusca, do gás contra o vácuo.
a) Determine a variação de energia interna (
iii) Na expansão isotérmica brusca, do gás contra o vácuo.
Passo 1
Então, temos um exercício de Termodinâmica envolvendo 2 moles de gás argônio que se comporta de maneira ideal. As condições iniciais são uma temperatura de
e uma pressão de
. A gente precisa determinar a variação da energia interna (
), o trabalho realizado (w) e o calor trocado (q) durante uma expansão isotérmica brusca do gás contra o vácuo. Vamos precisar entender conceitos como expansão isotérmica, energia interna de um gás ideal e trabalho em processos termodinâmicos.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é uma expansão isotérmica. “Isotérmica” significa que a temperatura permanece constante durante todo o processo. Como estamos lidando com um gás ideal, sabemos que a energia interna (
) de um gás ideal depende apenas da temperatura. Então, se a temperatura não muda, a energia interna também não muda.
Passo 3
Agora, sobre o trabalho (w). Quando um gás se expande contra o vácuo, não há resistência externa, ou seja, a pressão externa (
) é zero. O trabalho feito pelo gás é dado pela fórmula:
Como
, o trabalho
será zero.
Passo 4
Por último, vamos considerar o calor (q). Na primeira lei da termodinâmica, temos:
Já sabemos que
e
, então:
Isso significa que não há troca de calor durante esse processo.