Question

Atividade 2
1-Em uma transformação sem trocas de calor, ocorre uma diminuição no volume do gás.
a)Houve expansão ou compressão da massa gasosa?

b)Nesse caso, o gás empurrou a parede (de dentro para fora), realizando trabalho, ou o meio externo empurrou
a parede(de fora para dentro) e o gás recebeu trabalho?

c)Como trabalho corresponde à quantidade de energia transferida de um sistema para outro, pode-se afirmar
que o gás recebeu ou cedeu energia com o trabalho?

d)Nesse processo, o gás deve aumentar ou diminuir a sua energia interna?

e)A temperatura do gás deve aumentar ou diminuir?

f)Determine o sinal matemático do trabalho?

Answer 1

Resposta:

ssa questão envolve a primeira lei da termodinâmica:

Alguns livros utilizam outros sinais, a referência muda mas a ideia é a mesma.

ΔU=Q-W

ΔU= variação na energia interna

Q=energia recebida pelo sistema na forma de calor

W=trabalho realizado pelo sistema

Que pode ser lida como: a variação de energia interna é igual a diferença entre a energia recebida na forma de calor e o trabalho realizado pelo sistema. Pelos sinais na equação, receber calor aumenta a energia interna e realizar trabalho (expandir o volume) reduz a energia interna. A energia interna é função da temperatura, de maneira simples pode ser entendida como, quanto mais "quente" (maior agitação das moléculas) for o sistema, maior será sua temperatura e também sua energia interna.

Essa agitação das moléculas, pode ser usada expandindo o sistema (realizando trabalho), porém as móléculas perdem essa energia de "agitação", resultando em redução da temperatura, isso é realizar trabalho. O trabalho é negativo quando o sistema é comprimido, pois então ele estaria RECEBENDO trabalho ou então, estaria recebendo energia através do trabalho.

As moléculas podem aumentar sua "agitação" recebendo energia na forma de calor, aumentando a temperatura do sistema. O calor é negativo quando as moléculas perdem energia na forma de calor, portanto perdendo essa agitação.

Ou as duas coisas podem acontecer simultaneamente, a alteração na energia interna é a diferença dessas duas ações.

Feita essa breve introdução, vamos às respostas:

a) Se o volume aumentou houve expansão.

b) Houve aumento de volume pois o gás realizou trabalho se expandindo, portanto foi ele que empurrou a parede. (estou supondo que essa questão envolve um sistema fechado simples com um êmbolo móvel sem atrito)

c) Quando o gás realiza trabalho (expansão), ele sempre PERDE energia.

d) Usando a fórmula da 1ª Lei da Termodinâmica:

Como não há trocas de calor Q=0

ΔU=Q-W → ΔU=0-W → ΔU=-W

W é positivo quando ele realiza trabalho (se expande) e negativo quando recebe trabalho (é comprimido), no caso ele expandiu então o sistema perdeu energia interna para realizar trabalho. Portanto:

A energia interna diminui

e) A energia interna é função da temperatura, como a variação dela é negativa, significa que o gás está reduzindo sua temperatura.

f) Conforme foi dito anteriormente, o trabalho é positivo, pois o sistema expandiu.

Espero ter ajudado, bons estudos.

Explicação:

Compressão adiabática: há um grande aumento na pressão do gás e uma diminuição de seu volume sem que haja trocas de calor. Expansão adiabática: há um grande aumento no volume do gás e uma diminuição da pressão sem que haja trocas de calor. Expansão isobárica: há um aumento no volume do gás sob pressões constantes.

Answer 2

Para solucionar a questão, devemos equação da primeira lei da termodinâmica.

A primeira lei da termodinâmica que diz que a variação da energia interna de um sistema termodinâmico é igual à diferença entre quantidade de calor absorvido/cedida pelo sistema e o trabalho realizado sobre/pelo o mesmo, ver abaixo:

$\Delta U =Q-W$

Sendo:

• Q = Quantidade de calor;

• ΔU = Variação de energia interna;

• W = Trabalho.

O trabalho realizado sobre/pelo gás é dado pelo produto da variação de volume e a pressão do mesmo, ver a baixo:

$W=p \cdot \Delta V$

Quando falamos de trabalho "sobre" o sistema se trata de um trabalho negativo, pois o volume do gás diminui. Já quando o trabalho é realizado "pelo" sistema o trabalho é positivo, pois o volume do gás aumenta.

Item A)

Houve a compressão da massa do gás.

Como foi explicado no enunciado da questão, o volume do gás diminuiu quando isso ocorre dizemos que o houve a compressão da massa gás.

Se o volume do gás tivesse aumentado, que não é o nosso caso, teria ocorrido a expansão de sua massa.

Item B)

O trabalho foi realizado sobre o gás, ou seja, recebeu trabalho. Logo, o meio externo empurrou  a parede (de fora para dentro).

Como a variação de volume do gás foi negativa, pois houve a diminuição de volume, o trabalho foi realizado sobre o gás por um agente externo.

Item C)

O sistema recebeu energia mecânica, pois o gás está sendo comprimido.

Quando o trabalho é negativo significa que está entrando energia mecânica no sistema termodinâmico, ou seja, o mesmo está recebendo energia.

Item D)

A variação de energia interna do gás é positiva, pois o gás está sendo comprimido.

Usando a equação da primeira lei da termodinâmica, temos:

$\Delta U = Q -(-W)~~~~Sem~trocas~de calor~~Q=0;\\\\\\\Delta U =0 +W \Rightarrow \boxed{\begin{array}{lr}\boxed{\begin{array}{lr} \Delta U=W\end{array}}\end{array}}$

Ou seja, a variação de energia interna possuí valor positivo.

Item E)

Como ΔU > 0 a temperatura do gás aumentou.

Quando a variação de energia interna de um gás é positiva isso significa que sua temperatura aumentou.

Item F)

O sinal matemático do trabalho realizado sobre o gás é negativo, pois o mesmo foi comprimido.

Como foi explicado anteriormente, por apresentar diminuição em seu volume o trabalho é realizado sobre o gás, ou seja, o mesmo é negativo.

Continue estudando mais sobre as leis da termodinâmica em:

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