Um aluno ao cursar a disciplina de Físico-Química resolveu tentar utilizar seu conhecimento na prática. Ele desenhou o esquema de um protótipo de respirador à vapor para ajudar os pacientes com COVID-19. Neste respirador o gás oxigênio era levado a uma determinada pressão para o paciente através do aquecimento indireto da água por uma resistência elétrica. Ele observou que no processo de saída do gás e chegada ao paciente eram necessário aquecer o sistema fornecendo 300 J na forma de calor, sendo o trabalho de expansão realizado pelo gás de 200 J. Assumindo que este sistema é isolado. Qual seria o valor da variação de energia interna?
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O valor da variação da energia interna seria igual a ΔU = 100 J.
Segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, a variação de energia interna (∆U) sofrida pelo sistema de um gás ideal, é dada pela diferença entre o calor trocado (Q) com o meio exterior e o trabalho realizado (ζ) no processo termodinâmico.
De acordo com a fórmula:
ΔU = Q - ζ
Considerando que o gás não cede nenhuma quantidade de energia, teremos:
ΔU = Q - ζ
ΔU = 300 - 200
ΔU = 100 J
Logo, podemos entender que a energia interna de um gás ideal depende da temperatura e ela varia de forma diretamente proporcional, ou seja, quando a temperatura do gás aumentar a energia interna do gás também aumenta.
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