Uma amostra de gás aquecida em um cilindro consome…
(Princípios de Química – Peter Atkins, Loretta Jones) Uma amostra de gás aquecida em um cilindro consome 524 kJ de energia na forma de calor. Ao mesmo tempo, um pistão comprime o gás e realiza 340 kJ de trabalho. Qual é a variação de energia interna durante o processo?
Resolução
De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a variação de energia interna (ΔU) de um sistema fechado é o resultado da transferência de energia na forma de calor (q) e trabalho (W), como demonstrado pela fórmula a seguir.
ΔU = q + W
O calor é definido como sendo a energia transferida devido a diferença de temperatura. Em outras palavras, o calor é a quantidade de energia transferida de um corpo com temperatura mais alta para um corpo com temperatura mais baixa.
Segundo o enunciado, o calor envolvido no aquecimento do gás é igual a +524 kJ. O gás está absorvendo o calor da vizinhança e por convenção, a absorção de calor pelo sistema é indicada pelo sinal positivo. Então, caso o gás estivesse sendo resfriado, ou seja, liberando calor para vizinhança, o sinal seria, por convenção, negativo.
O trabalho de compressão de um gás também é indicado pelo sinal positivo (W > 0). Isso porque no processo de compressão ocorre a diminuição do volume e, portanto, a variação do volume apresenta sinal negativo (ΔV < 0). Assim, o sinal negativo da variação do volume se cancela com o sinal negativo da pressão aplicada na compressão, como mostrado a seguir.
W = -P(-ΔV)
Por fim, para encontrar a variação da energia interna, basta substituir os valores na equação da primeira lei.
ΔU = q + W
ΔU = +524 kJ + (+340 kJ)
ΔU = +864 kJ
Gabarito: ΔU = +864 kJ
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