Sobre as transformações termodinâmicas que podem ocorrer com um gás ideal confinado em um cilindro com pistão, assinale o que for correto.
  1. Um gás ideal realiza trabalho ao se expandir, empurrando o pistão contra uma pressão externa.
  2. Em uma transformação adiabática ocorre troca de calor com a vizinhança.
  3. A energia interna de uma amostra de gás ideal não varia, quando este sofre uma transformação isovolumétrica.
  4. Quando o gás ideal sofre uma compressão, o trabalho é realizado por um agente externo sobre o gás ideal.
  5. O gás ideal não realiza trabalho em uma transformação isovolumétrica.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão está falando sobre transformações termodinâmicas que acontecem com um gás ideal dentro de um cilindro com um pistão. O conteúdo principal aqui é a termodinâmica, especificamente como o gás se comporta quando sofre diferentes tipos de transformações, como expansão, compressão e mudanças de volume e temperatura. Para resolver, a gente vai precisar entender conceitos como trabalho realizado pelo gás, transformações adiabáticas e isovolumétricas, e como a energia interna do gás se comporta nessas situações.

Passo 2

Vamos analisar a afirmação 1: “Um gás ideal realiza trabalho ao se expandir, empurrando o pistão contra uma pressão externa.”
Quando um gás se expande, ele empurra o pistão e realiza trabalho sobre o ambiente. O trabalho W = Pext times De realizado por um gás em expansão pode ser calculado pela fórmula:
Onde é a pressão externa e é a variação de volume. Como o gás está se expandindo ( ), ele realiza trabalho positivo. Portanto, a afirmação 1 está correta.

Passo 3

Agora, a afirmação 2: “Em uma transformação adiabática ocorre troca de calor com a vizinhança.”
Uma transformação adiabática é aquela em que não há troca de calor com o ambiente, ou seja, . Isso significa que todo o trabalho realizado ou realizado sobre o gás altera sua energia interna. Portanto, a afirmação 2 está incorreta.

Passo 4

Vamos para a afirmação 3: “A energia interna de uma amostra de gás ideal não varia, quando este sofre uma transformação isovolumétrica.”
Uma transformação isovolumétrica acontece quando o volume do gás não muda ( De). Já que , o trabalho realizado pelo gás é zero ( ). A primeira lei da termodinâmica diz:
Como , a variação da energia interna depende apenas do calor . Portanto, se houver troca de calor, a energia interna muda. Logo, a afirmação 3 está incorreta.

Passo 5

Agora, a afirmação 4: “Quando o gás ideal sofre uma compressão, o trabalho é realizado por um agente externo sobre o gás ideal.”
Em uma compressão, o volume do gás diminui ( ), e o agente externo realiza trabalho sobre o gás. O trabalho nesse caso é negativo para o gás, o que significa que o agente externo está fornecendo energia ao sistema. Portanto, a afirmação 4 está correta.

Passo 6

Por fim, a afirmação 5: “O gás ideal não realiza trabalho em uma transformação isovolumétrica.”
Como vimos na afirmação 3, em uma transformação isovolumétrica ( W = Pext times De), o trabalho realizado pelo gás é:
Portanto, o gás não realiza trabalho quando o volume não muda. Assim, a afirmação 5 está correta.

Resposta

As afirmações corretas são: 1), 4) e 5).

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