Aquecimento Isocórico: Aumento de Pressão em Volume Constante

1 · Prever

Um gás é aquecido em um recipiente rígido e selado, de modo que seu volume não pode mudar (isocórico). Como o gás não pode se expandir, para onde vai todo o calor adicionado?

• Todo o calor vai para energia interna, uma vez que nenhum trabalho é realizado a volume constante.
• A maior parte do calor se transforma em trabalho, mesmo que o recipiente seja rígido.
• O calor se divide uniformemente entre trabalho e energia interna, assim como outros processos.

2 · Preparar

1. Abra o preset de aquecimento isocórico e pressione Redefinir. 1 mol de gás está selado em 0.0249 m³, começando a 300 K.
2. Ative as leituras de pressão e calor adicionado.
3. Defina a temperatura alvo (final) para cada ensaio e registre a pressão final e o calor adicionado.

3 · Coletar Dados

Plote o calor adicionado Q (eixo y) em relação à temperatura final T₂ (eixo x) para suas três tentativas.

4 · Analisar

1. Para uma tentativa, calcule P₂ = nRT₂/V usando n = 1 mol, V = 0.0249 m³, então Q = (f/2)nR(T₂ − T₁) usando f = 3, T₁ = 300 K. Compare ambos com a tabela.
2. Como o gás não pode se expandir (W_gas = 0), a primeira lei fornece exatamente Q = ΔU. Explique por que cada joule de calor adicionado aparece inteiramente como energia interna aqui, ao contrário do experimento de aquecimento isobárico.

5 · Aprofundar

1. Sua relação P₂-vs-T₂ é a Lei de Gay-Lussac: em volume constante, a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Explique por que isso decorre de PV = nRT quando V é fixo.
2. Uma panela de pressão selada aquece os alimentos mais rápido, em parte porque o vapor retido não pode se expandir, então a pressão (e a temperatura) sobem bem acima de 100°C. Use a relação deste experimento para explicar por que um recipiente rígido selado permite que a temperatura suba mais para a mesma entrada de calor do que um recipiente aberto.

A física por trás deste experimento

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