Compressão Isotérmica: Trabalho Realizado a Temperatura Constante
1 · Prever
Um gás é comprimido até um volume menor enquanto sua temperatura é mantida constante (isotérmica). É necessário mais trabalho para compactá-lo ainda mais?
- A compactação para um volume final menor requer menos trabalho.
- A compressão para um volume final menor requer mais trabalho (um Wgas mais negativo).
- O trabalho necessário é o mesmo independentemente do volume final.
2 · Preparar
- Abra o preset de compressão isotérmica e pressione Redefinir. 1 mol de gás começa em 49.9 L, 300 K.
- Ative a leitura do trabalho realizado no gás.
- Defina o volume alvo (final) para cada ensaio e registre o trabalho realizado pelo gás.
3 · Coletar Dados
| Volume final V₂ (L) | Trabalho realizado pelo gás W_gas (J) |
|---|---|
| 24.94 | |
| 16.63 | |
| 12.47 |
Plote W_gas (eixo y) contra ln(V₂/V₁) (eixo x) para suas três tentativas, usando V₁ = 49.9 L.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) usando n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Compare com a tabela.
- W_gas é negativo em todas as tentativas. Explique o que um valor negativo significa fisicamente para um gás que está sendo comprimido e por que a compressão para um V₂ menor torna W_gas mais negativo.
5 · Aprofundar
- Como ΔU = 0 para qualquer processo isotérmico (a temperatura não muda), a primeira lei diz Q = W_gas aqui também. O calor está fluindo para dentro ou para fora do gás durante esta compressão? Explique usando sua convenção de sinais.
- Para manter o gás a temperatura constante enquanto o comprime, experimentos reais precisam de um reservatório de calor em contato com o cilindro. Explique por que a compressão aqueceria o gás se esse reservatório não existisse.
A física por trás deste experimento
Primeira Lei da Termodinâmica
A mudança de energia interna é igual ao calor adicionado menos o trabalho realizado pelo gás: ΔU = Q − W. Para um processo isotérmico de gás ideal, ΔU = 0, então todo o trabalho realizado no gás sai como calor.