Em um sistema composto de gás nitrogênio em um cilindro equipado com um pistão, quando 2,00 kJ de energia são transferidos como calor a uma pressão externa de 2,00 atm, o gás nitrogênio se expande de 2,00 para 5,00 L contra essa pressão constante. Qual é De para o processo?
A) -0,608 kJ
B) +1,39 kJ
C) +2,61 kJ
D) 0
E) -2,61 kJ

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um gás nitrogênio dentro de um cilindro com um pistão. Nesse processo, 2,00 kJ de energia são transferidos para o sistema como calor, e o gás se expande de 2,00 L para 5,00 L contra uma pressão constante de 2,00 atm. Queremos descobrir qual é a variação da energia interna do sistema, representada por De.
Para resolver isso, vamos usar a Primeira Lei da Termodinâmica, que diz que:
De
Aqui, Q é o calor transferido para o sistema e W é o trabalho feito pelo sistema.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar o valor de Q. A questão diz que 2,00 kJ de energia são transferidos como calor para o sistema, então:
Q = +2,00, kJ
O sinal positivo indica que o calor está entrando no sistema.

Passo 3

Agora, precisamos calcular o trabalho W realizado pelo gás durante a expansão. Quando a pressão é constante, o trabalho é dado por:
W = P cdot De
Onde:
  • P é a pressão externa (2,00 atm)
  • De é a variação de volume (5,00 L - 2,00 L = 3,00 L)

Passo 4

Vamos calcular W usando os valores que temos:
W = 2,00, atm times 3,00, L = 6,00, atm·L
Agora, precisamos converter atm·L para kJ. Sabemos que:
1, atm·L approx 0,101325, kJ
Então:
W = 6,00, atm·L times 0,101325, kJatm·L approx 0,608, kJ

Passo 5

Agora que temos Q e W, podemos calcular De usando a Primeira Lei da Termodinâmica:
De
Arredondando para duas casas decimais, temos:
De

Resposta

A variação da energia interna De para o processo é de aproximadamente +1,39 kJ. A alternativa correta é a letra B) +1,39 \mathrm{~kJ}.

Exercícios relacionados