Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica

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Enunciado

1) Considere um pistão metálico contendo gás Hélio a 273K e 1atm. Qual das manipulações abaixo pode ser considerada como um processo adiabático?

A) O pistão é mergulhado em uma mistura de água com gelo e é lentamente comprimido até o gás reduzir seu volume pela metade.

B) O pistão é travado de modo a não poder se mover, e é colocado sobre uma chama até a pressão do gás dobrar.

C) O pistão é rapidamente comprimido até a pressão do gás dobrar

D) O pistão é comprimido pela ação de uma força externa constante, mantendo sua velocidade constante até o gás reduzir seu volume pela metade.

E) O pistão é aberto de modo a deixar o gás escapar para a atmosfera.

Passo 1

Processo adiabático é aquele em que não há trocas de calor, Q = 0 .

Isso acontece quando o sistema tem um bom isolamento térmico ou quando o processo ocorre rápido o suficiente para que não haja tempo pra ter trocas de calor.

Vamos analisar as alternativas.

Passo 2

A) O pistão é mergulhado em uma mistura de água com gelo e é lentamente comprimido até o gás reduzir seu volume pela metade.

A mistura de água com gelo vai manter a temperatura constate, e o processo lento vai garantir que tenha trocas de calor. Logo, o processo é isotérmico, e não adiabático.

B) O pistão é travado de modo a não poder se mover, e é colocado sobre uma chama até a pressão do gás dobrar.

Pistão travado, o volume é constante. Logo, processo isovolumétrico, e não adiabático.

C) O pistão é rapidamente comprimido até a pressão do gás dobrar.

Opa, processo rápido! Não tem isolamento mas é feito rapidamente, então deve ser adiabático!! Temos nossa resposta, mas vamos confirmar exluindo as outras alternativas.

D) O pistão é comprimido pela ação de uma força externa constante, mantendo sua velocidade constante até o gás reduzir seu volume pela metade.

Força externa constante. Pressão é igual a força sobre área, então pressão constante. Processo isobárico, e não adiabático.

E) O pistão é aberto de modo a deixar o gás escapar para a atmosfera.

Nesse caso temos uma expansão livre, com trocas de calor livres pela atmosfera. Então não é adiabático.

Resposta

C) O pistão é rapidamente comprimido até a pressão do gás dobrar.

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