Um gás ideal monoatômico, inicialmente ocupando um volume de 1,0 litro a uma pressão de 105 Pa, expande isobaricamente, quadruplicando seu volume. Depois, esse gás sofre uma contração isotérmica até seu volume original.
Com base nessa situação e denotando-se por Q a soma total de calor perdido e recebido pelo gás e por W o trabalho total realizado pelo gás, é correto afirmar que o valor de Q-W será igual a
- A) 920 J.
- B) 340 J.
- C) 730 J.
- D) 570 J.
- E) 460 J.
Resposta:
Como a questão foi anulada, não há uma resposta correta entre as opções apresentadas. No entanto, vamos analisar a situação física descrita e entender como podemos calcular a soma total de calor perdido e recebido pelo gás e o trabalho total realizado pelo gás.
Na expansão isobárica, o gás realiza trabalho sobre o meio externo, pois o volume aumenta. O trabalho realizado pelo gás é dado por $W = P Delta V$, onde $P$ é a pressão constante e $Delta V$ é a variação de volume. Nesse caso, o volume inicial é de 1,0 litro e o volume final é de 4,0 litros, pois o volume quadruplicou. Portanto, $Delta V = 3,0$ litros.
O trabalho realizado pelo gás durante a expansão isobárica é $W = 105 Pa cdot 3,0 L = 315 J$. Agora, durante a contração isoterma, o gás não realiza trabalho, pois o volume diminui a pressão constante.
Para calcular a soma total de calor perdido e recebido pelo gás, precisamos considerar a equação de estado do gás ideal, $PV = nRT$. Como o gás é monoatômico, $nR = frac{P_1 V_1}{T_1} = frac{P_2 V_2}{T_2}$, onde $P_1, V_1, T_1$ são a pressão, volume e temperatura inicial, e $P_2, V_2, T_2$ são a pressão, volume e temperatura final. Como a temperatura é constante durante a contração isoterma, $T_1 = T_2$.
Portanto, $P_1 V_1 = P_2 V_2$, e como $P_1 = 105 Pa$ e $V_1 = 1,0 L$, temos $P_2 = frac{P_1 V_1}{V_2} = frac{105 Pa cdot 1,0 L}{1,0 L} = 105 Pa$.
Como o gás não realiza trabalho durante a contração isoterma, a variação de energia interna é zero, e portanto, o calor recebido pelo gás é igual ao trabalho realizado durante a expansão isobárica, $Q = W = 315 J$.
Portanto, a soma total de calor perdido e recebido pelo gás é $Q - W = 315 J - 315 J = 0 J$. Isso é esperado, pois o processo como um todo é isotérmico, e portanto, a variação de energia interna é zero.
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