- Um sistema gasoso, de 75 g , está em equilíbrio térmico interno, no estado
,
e
atm. O volume aumenta até
enquanto a pressão se mantém em 3 atm. A temperatura pode manter-se a
? Se pode, o que deve ser feito?
Passo 1
O enunciado nos dá um sistema gasoso de massa
em equilíbrio térmico interno com temperatura
(ou
), volume
e pressão
. Em seguida o volume aumenta até
mantendo
. Pergunta-se se a temperatura pode permanecer em
e, em caso afirmativo, o que deve ser feito. O conteúdo necessário é a equação de estado do gás ideal e o conceito de processo isoterma em sistema aberto.
Passo 2
Usando a equação de estado do gás ideal
para
e
constantes temos
. Se o número de mols
permanecesse fixo (sistema fechado), então ao aumentar
a temperatura deveria variar segundo
logo não seria possível manter
sem alterar
.
Passo 3
Calculamos o número inicial de mols
e a massa molar efetiva
. Adotando
e
:
Passo 4
Para manter
e
constantes em
devemos ter
de onde a massa final necessária é
Isso significa que devemos adicionar
do mesmo gás.
Passo 5
Concluímos que a temperatura pode permanecer em
apenas se o sistema for aberto para que entre quantidade extra de gás e, simultaneamente, mantido em contato com um termostato a
. Dessa forma o processo fica isoterma e o calor fornecido ao gás compensa exatamente o trabalho de expansão
.
Resposta
Sim. Para manter
e
ao expandir de
para
, o sistema deve estar em contato com um termostato a
e deve-se admitir aproximadamente
adicionais do gás (cerca de
), de modo a satisfazer a equação de estado e compensar o trabalho de expansão com calor.