Uma amostra de 5,0 g de nitrogênio gasoso, inicialmente a uma pressão de 3,0 atm e uma temperatura de 20ºC, é submetida a uma expansão isobárica até que seu volume seja triplicado. • a. Quanto valem a pressão e a temperatura do gás ao final da expansão? b. Que quantidade de energia ténnica é transferida para o gás a fim de causar esta expansão? A seguir, a pressão do gás é reduzida, a volume constante, até que a temperatura original seja novamente atingida. e. Qual é a pressão do gás após esta redução? d. Que quantidade de energia térmica é transferida do gás durante este segundo processo? e. Represente o processo inleiro p em um diagrama pV. Escolha escalas adequadas para os dois eixos.

Passo 1

E aiii gente, tudo bom com vocês?

Então vamos resolver essa questão bem legal aqui e passo a passo pra gente tirar 10 na provinha!

Vamo lá!

O gás é um gás ideal e passa por um processo isobárico e outro isocórico.

Letra a:

As condições iniciais são p 1 = 3.0 a t m = 304 000 P a   e   T 1 = 293 K . O nitrogênio tem uma massa molar M m o l = 28 g m o l , então 5g de gás nitrogênio tem n = M M m o l = 0.1786 m o l . A partir disso, podemos encontrar o volume inicial:

V 1 = n R T 1 p 1 = 0.1786 m o l 8.31 J m o l K 293 K 304,000 P a = 1.430 × 10 - 3 m 3 ≈ 1400 c m 3

O volume triplica, então V 2 = 3 V 1 = 4300 c m 3 . A expansão é isobárica p 2 = p 1 = 3.0 a t m , então,

V 2 T 2 = V 1 T 1 ⇒ T 2 = V 2 V 1 T 1 = 3 293 K = 879 K = 606 ∘ C

Passo 2

Letra b:

O processo é isobárico, então,

Q = n C p Δ T = 0.1786 m o l 29.1 J m o l K 879 K - 293 K = 3000 J

Passo 3

Letra c:

A pressão diminui em volume constante V 3 = V 2 = 4290 c m 3 até que a temperatura original seja atingida T 3 = T 1 = 293 K . Para um processo isocórico,

p 3 T 3 = p 2 T 2 ⇒ p 3 = T 3 T 2 p 2 = 293 K 879 K 3.0 a t m = 1.0 a t m

Passo 4

Letra d:

O processo é isocórico, então,

Q = n C v Δ T = 0.1786 m o l 20.8 J m o l K 293 K - 879 K = - 2200 J

Assim, 2200   J de calor foram removidos para diminuir a pressão.

Passo 5

Letra e:

Resposta

  1. 606 ∘ C
  2. 3000 J
  3. 1.0 a t m
  4. - 2200 J
  5. V e r   f i g u r a
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