Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica em Gases

Se um gás se expande livremente no vácuo:

a) a expansão é adiabática, o trabalho realizado é zero, a energia interna do gás permanece a mesma e a temperatura do gás permanece a mesma;

b) a expansão é adiabática, o trabalho realizado é zero, a energia interna do gás diminui e a temperatura do gás diminui;

c) a variação de entropia é zero;

d) a expansão é adiabática, o gás realiza trabalho sobre o ambiente, e a energia interna do gás diminui;

e) a expansão ocorre a uma pressão constante;

Passo 1

Na expansão livre de um gás o trabalho e o calor sempre vão ser zero! Lembre disso. Vamos analisar as alternativas.

a) É a certa! O trabalho e o calor são nulos, pela 1ᵃ Lei da Termodinâmica a variação de energia interna também deve ser. E como a variação de energia interna depende da temperatura, a variação de temperatura também deve ser zero.

b) Tá errada! Olha aqui pra 1ᵃ Lei da Termodinâmica:

∆ U = Q - W

Eu te disse que o trabalho e o calor vão ser zero na expansão livre. Então a variação de energia interna também deve ser!

c) A variação de entropia vai ser maior que zero, porque o processo é irreversível. Ficou com dúvida? Imagina o processo acontecendo de trás pra frente. O gás em equilíbrio depois da expansão livre não se contrai espontaneamente até a condição inicial. Por isso o processo é irreversível e a variação de entropia maior que zero.

d) Essa então tá toda errada né! Na expansão livre não tem trabalho e a energia interna é constante.

e) Tá errada também. Vamos lembrar:

p V = n R T

Na expansão livre a variação de energia interna é zero, então a temperatura não muda. Então:

p V = c o n s t a n t e

p 1 V 1 = p 2 V 2

Se houve uma expansão, o volume V 2 é maior que V 1 . A pressão p 2 tem que ser menor que p 1 então, pra essa igualdade se manter.

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Resposta

Letra A.

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