Transferimos 1000 J na forma de calor para um gás diatômico, permitindo que o gás se expanda com a pressão mantida constante. As moléculas do gás podem girar, mas não oscilam. (a) Que parte dos 1000 J é convertida em energia interna gás? Resp.: (a) 714,3 J (b) Dessa parte que parcela corresponde a energia cinética associada ao movimento de translação das moléculas e (b)
(c) que parcela corresponde a energia cinética associada ao movimento de rotação? (c)
Passo 1
O enunciado diz que entregamos
J de calor a um gás diatômico em pressão constante, permitindo expansão. As moléculas têm apenas os graus de liberdade de translação e rotação (sem vibração). Vamos aplicar a primeira lei da termodinâmica e o princípio de equipartição de energia.
Passo 2
Para um gás diatômico sem vibração o número de graus de liberdade é
Logo
Passo 3
A primeira lei da termodinâmica diz
Em processo a pressão constante o trabalho é
e o calor recebido é
Portanto
Substituindo
e
J, vem
Passo 4
Pela equipartição, cada grau de liberdade leva igual fração de
. Assim a energia de translação (3 g.l.) é
e a energia de rotação (2 g.l.) é
Resposta
(a)
(b)
(c)
(b)
(c)