Sob condição isotérmica,
para a expansão de um gás ideal. Se 100 J de trabalho são feitos sobre um sistema constituído de um mol de gás ideal, que quantidade de calor deve ser transferida?
Passo 1
Beleza, o enunciado diz o seguinte: numa transformação isotérmica (ou seja, temperatura constante) de um mol de gás ideal, a variação de energia interna é ΔE = 0. Aí veio a pergunta: se 100 J de trabalho são feitos sobre o sistema, qual a quantidade de calor que deve ser transferida?
Conteúdo: Primeiro Princípio da Termodinâmica (ΔE = Q – W) e convenção de sinais para calor (Q) e trabalho (W).
Conteúdo: Primeiro Princípio da Termodinâmica (ΔE = Q – W) e convenção de sinais para calor (Q) e trabalho (W).
Passo 2
Antes de tudo, vamos recapitular o que é cada coisa:
- Energia interna (E) de um gás ideal depende só de temperatura.
- Q é o calor recebido pelo sistema (positivo se o sistema ganha calor, negativo se perde).
- W é o trabalho feito pelo sistema (positivo se o gás empurra o pistão, negativo se alguém faz trabalho sobre o gás).
O Primeiro Princípio diz:
Passo 3
Agora, como é isotérmico, a temperatura não muda, então a energia interna também não muda:
Depositando isso na equação do Primeiro Princípio:
Passo 4
Só que o enunciado fala “100 J de trabalho são feitos sobre o sistema”. Se trabalho é feito sobre o sistema, a convenção de W (trabalho feito pelo sistema) fica negativo:
Então:
Resposta
Q = –100 J, ou seja, o sistema precisa liberar 100 J de calor para manter a temperatura constante.