Três moles de um gás ideal expandem-se, isotermicamente, contra uma pressão oposta de 100 kPa , de 20 para 60 dm^3. Calcule Q, L e De<a U.

Passo 1

O enunciado diz que temos n=3 mols de um gás ideal que se expande isotermicamente (temperatura constante) contra uma pressão externa constante de Prm ext=100 kPa, passando de Vi=20 dm^3 para Vf=60 dm^3. O conteúdo envolvido é a Primeira Lei da Termodinâmica e o fato de que, para gás ideal em processo isotérmico, a energia interna depende só da temperatura. Para resolver, vamos usar:
  1. De<a U=0 em processo isotérmico de gás ideal.
  2. Trabalho realizado pela expansão irreversível L = Prm ext,De<a V.
  3. Primeira Lei: De<a U = Q - L.

Passo 2

Como o processo é isotérmico em gás ideal, a variação de energia interna é
De<a U = 0

Passo 3

Calculamos o trabalho feito pelo gás sobre o ambiente (positivo se o gás expande):
De<a V = Vf - Vi = 60 dm^3 - 20 dm^3 = 40 dm^3 = 0,04 m^3,
L = Prm ext,De<a V = (100times10^3 Pa)times0,04 m^3 = 4,0times10^3 J

Passo 4

Pela Primeira Lei da Termodinâmica,
De<a U = Q - L Longrightarrow Q = De<a U + L = 0 + 4,0times10^3 J = 4,0times10^3 J

Resposta

Q = +4,0 kJ, L = +4,0 kJ, De<a U = 0

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