Aquecimento Isobárico: Expansão a Pressão Constante
1 · Prever
Um gás é aquecido a pressão constante e se expande (isobárico). Se você deixar que ele se expanda até um volume final maior, o gás realiza mais trabalho nas vizinhanças?
- Um volume final maior significa menos trabalho realizado pelo gás.
- O trabalho realizado não depende do volume final.
- Um volume final maior significa mais trabalho realizado pelo gás.
2 · Preparar
- Abra o preset de aquecimento isobárico e pressione Redefinir. 1 mol de gás começa em 24.9 L, 300 K, a pressão constante.
- Habilite a leitura da temperatura final na câmara.
- Defina o volume alvo (final) para cada ensaio e registre a temperatura final e o trabalho realizado.
3 · Coletar Dados
| Volume final V₂ (L) | Trabalho realizado pelo gás W_gas (J) | Temperatura final T₂ (K) |
|---|---|---|
| 32.43 | ||
| 39.91 | ||
| 49.89 |
Plote a temperatura final T₂ (eixo y) em relação ao volume final V₂ (eixo x) para suas três tentativas. A linha passa direto pela origem?
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule W_gas = P₁(V₂ - V₁) usando P₁ = nRT₁/V₁ = 100 kPa, então T₂ = T₁·V₂/V₁. Compare ambos com a tabela.
- Explique, usando W_gas = P·ΔV, por que uma maior variação de volume na mesma pressão constante significa mais trabalho realizado pelo gás.
5 · Aprofundar
- Sua linha T₂-vs-V₂ é a Lei de Charles: a pressão constante, o volume e a temperatura absoluta são diretamente proporcionais. Explique por que isso decorre diretamente de PV = nRT quando P é mantido fixo.
- Parte do calor adicionado durante o aquecimento isobárico vai para trabalho (expansão) e parte para energia interna. Qual deles recebe mais calor adicionado para um gás monoatômico (f = 3): o termo de trabalho ou o termo de energia interna?
A física por trás deste experimento
Trabalho Isobárico
A pressão constante, o trabalho realizado por um gás em expansão é simplesmente a pressão vezes a variação de volume: W_gas = P·ΔV — a área de um retângulo sob uma linha horizontal em um diagrama P-V.