Dois mols (n = 2) de um gás ideal diatômico (Cv = 5/2·R) a T1 = 300 K são aquecidos a volume constante até T2…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Dois mols (n = 2) de um gás ideal diatômico (Cv = 5/2·R) a T1 = 300 K são aquecidos a volume constante até T2 = 600 K; em seguida expandem isotermicamente a T2 até o volume final Vf = 2·Vi. Usando R = 8.314 J·mol-1·K-1, calcule Q, W e ?U para cada etapa e para o processo total.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Etapa 1 (isocórica): ?U = n·Cv·?T = 2·(5/2·R)·(600-300) = 5R·300 = 5·8.314·300 ˜ 1.2471×10^4 J. W1 = 0; Q1 = ?U1 ˜ 1.2471×10^4 J. Etapa 2 (isoterma T=600 K, Vf=2Vi): W2 = nRT ln(Vf/Vi) = 2·8.314·600·ln2 ˜ 6.916×10^3 J. ?U2 = 0; Q2 = W2 ˜ 6.916×10^3 J. Processo total: ?U = 1.2471×10^4 J, W = 6.916×10^3 J, Q = Q1+Q2 ˜ 1.9387×10^4 J.
Explicação
A solução apresenta o cálculo da variação de energia interna, trabalho e calor para cada etapa do processo, aplicando as fórmulas apropriadas para transformações isocóricas e isotérmicas de um gás ideal. Os resultados são consistentes com as leis da termodinâmica, onde a variação de energia interna em um processo isocórico é igual ao calor adicionado e, em um processo isotérmico, o trabalho realizado é igual ao calor trocado. A soma das quantidades para cada etapa fornece os valores totais do sistema, respeitando a conservação de energia.
Raio-X da questão
gás ideal, calor, trabalho
avaliacao
primeira lei da termodinâmica · gás ideal e suas propriedades
Revisar as leis dos gases ideais e suas transformações.
O aluno pode confundir os conceitos de calor e trabalho, aplicando a fórmula errada para cada etapa do processo termodinâmico.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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