Considere que um sistema fechado contendo 2,00 mol de gás hélio tenha experimentado uma expansão isotérmica a 0°C, na qual seu volume aumentou de 5,0 dm³ para 20,0 dm³. Calcule os valores de q, w e ΔU assumindo que a expansão isotérmica:
(a) tenha ocorrido de maneira reversível;
(b) tenha ocorrido contra uma pressão externa igual à pressão final do gás hélio;
(c) tenha ocorrido no vácuo
Soluções para a tarefa
Na expansão isotérmica a pressão do gás diminui a medida que se expande com temperatura constante. Para que seja reversível a pressão externa deve ser reduzida de forma gradual juntamente com a mudança de volume. Os valores de Q, W e ΔU podem ser calculados a partir da equação:
W (expansão) = - Pext.ΔV
Sendo W = trabalho, Pext = pressão externa e ΔV (variação do volume)
Considerando que a expansão ocorreu no vácuo, a Pext = 0 e consequentemente W também será igual a 0, ou seja, a expansão no vácuo não realiza trabalho.
Além disso, a expansão ocorreu com temperatura constante e, de acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a energia interna em expansão isotérmica ocorre apenas em função da temperatura, ou seja: ΔU = 0. Ainda segundo essa lei, ΔU = Q + W, ou seja, Q = 0.
Portanto, de acordo com as condições do sistema, o valor de Q = 0, de W = 0 e de ΔU = 0