Exercícios Resolvidos de Primeira lei da termodinâmica

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Enunciado

Um gás é confinado em um cilindro equipado com um pistão e um aquecedor elétrico, como mostrado na ilustração desse exercício. Suponha que se forneça corrente para o aquecedor de tal forma que sejam adicionados 100J de energia. Considere duas situações diferentes. No caso (1) é permitido que o pistão se mova à medida que a energia é adicionada. No caso (2) o pistão está fixo, de tal forma que não se possa mover.

a) Em qual caso o gás tem a maior temperatura depois da adição da energia elétrica?

b) O que você pode dizer sobre os valores de q e w em cada um desses casos?

c) O que você pode dizer sobre os valores relativos de ∆ U para o sistema (o gás no cilindro) nos dois casos?

Passo 1

a) A temperatura está diretamente ligada à energia interna. Quanto maior a variação da energia interna, maior a temperatura!

No caso 1, como o pistão pode se mover, o gás pode realizar trabalho! Quando o gás realiza trabalho, ele diminui a variação de energia interna, diminuindo assim o aumento de temperatura!

Por isso, a temperatura vai ser maior no caso 2.

Passo 2

b) Como o calor é cedido pelo aquecedor elétrico ao sistema, q > 0 .

Quanto ao trabalho, no caso 1 ele é negativo, já que é o ar que realiza o trabalho. ( w < 0 )

No caso 2, como o pistão não pode se mover, não há variação de volume, e o trabalho vai ser 0! ( w = 0 )

Passo 3

c) Como no caso 2, q > 0 e w = 0 , é certo que ∆ U > 0 , já que, pela primeira lei da termodinâmica,

∆ U = q + w

Já no caso 1, o valor de ∆ U   vai depender dos valores de w   e de q , já que eles tem sinais opostos.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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