Sobre a expansão livre de um gás é correto afirmar que:
a. Como a temperatura não se altera, trata-se de um processo isotérmico.
b. Apesar do aumento de volume do gás,
.
c. A energia interna se mantém constante, mas há troca de calor e trabalho realizado pelo gás.
d. A temperatura não muda, como em todos os processos adiabáticos.
a. Como a temperatura não se altera, trata-se de um processo isotérmico.
b. Apesar do aumento de volume do gás,
c. A energia interna se mantém constante, mas há troca de calor e trabalho realizado pelo gás.
d. A temperatura não muda, como em todos os processos adiabáticos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício está falando sobre expansão livre de um gás, que faz parte da matéria de Termodinâmica. A gente precisa entender bem esse conceito para saber qual das alternativas está correta.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é expansão livre. É quando um gás se expande sem exercer pressão externa, ou seja, sem fazer trabalho sobre o ambiente. Isso geralmente acontece quando o gás passa de um lugar com alta pressão para um com pressão zero ou muito baixa, sem troca de calor com o entorno.
Passo 3
Agora, vamos analisar cada alternativa:
a. Como a temperatura não se altera, trata-se de um processo isotérmico.
- Isotérmico significa que a temperatura se mantém constante. Na expansão livre de um gás ideal, a temperatura realmente pode permanecer constante, mas isso não é uma regra geral para todos os gases. Além disso, a definição principal de isotérmico é a manutenção da temperatura, não necessariamente ligada ao tipo de expansão. Portanto, essa alternativa não é a mais precisa.
b. Apesar do aumento de volume do gás, $ W = 0 $.
- Trabalho ($ W $) em termodinâmica é calculado como $ W = P \Delta V $. Na expansão livre, o gás não exerce pressão contra um ambiente externo (pressão externa é zero), então $ W = 0 $. Mesmo com o volume aumentando, não há trabalho sendo realizado. Isso está correto!
c. A energia interna se mantém constante, mas há troca de calor e trabalho realizado pelo gás.
- Na expansão livre de um gás ideal, a **energia interna ($ \Delta U
\Delta U = 0 $) porque não há mudança de temperatura. Porém, como $ W = 0 \Delta U = Q - W $), também $ Q = 0 $. Ou seja, não há troca de calor nem de trabalho. Portanto, essa alternativa está incorreta.
d. A temperatura não muda, como em todos os processos adiabáticos.
- Processo adiabático é aquele onde não há troca de calor com o ambiente ($ Q = 0 $), mas isso não implica necessariamente que a temperatura não muda. Além disso, nem todos os processos adiabáticos mantêm a temperatura constante. Então, essa afirmação está errada.
Resposta
A alternativa correta é a letra b.