Gabarito disponível
Considere que um recipiente contendo n mols de um gás ideal diatômico, inicialmente a uma temperatura Tᵢ, está na vertical e imerso em um reservatório térmico de temperatura T (T>Tᵢ) e pressão P (constante) com o qual troca calor. Na parte superior do recipiente, há um êmbolo móvel (de diâmetro d e massa desprezível) que pode deslizar sem atrito. Após atingir o equilíbrio térmico, um sensor detectou que o êmbolo subiu uma distância Δy (com velocidade constante) em relação à sua posição inicial (quando o gás estava à temperatura Tᵢ). Assinale a opção que apresenta o valor mais próximo da variação da energia interna do gás, em joules, durante o processo.
Dados: Δy = (5,0 / π) cm; d = 10 cm; e P = 1,0x10⁵ Pa.
Dados: Δy = (5,0 / π) cm; d = 10 cm; e P = 1,0x10⁵ Pa.
Resolução comentada
Variação da energia interna em transformação isobárica de gás diatômico.
A área do êmbolo é A = π·(0,05)² = 25π·10⁻⁴ m², e ΔV = A·Δy = 1,25·10⁻⁴ m³. Como a pressão é constante, W = PΔV = 12,5 J e nRΔT = 12,5 J. Para o gás diatômico, ΔU = (5/2)nRΔT = 2,5·12,5 ≈ 31 J = 3,1·10¹ J.
Análise das alternativas
A) Errada: 19 J não resulta de nenhum cálculo coerente com os dados. C) Errada: 44 J não resulta de nenhum cálculo coerente. D) Errada: 75 J seria obtido com um coeficiente incorreto (Q com Cp = 7/2 daria cerca de 44 J, e outros erros levam a valores como esse). E) Errada: 130 J resulta de erro na área ou nas unidades.
Referência: Primeira Lei da Termodinâmica; U = (5/2)nRT para gás diatômico.
Resolução comentada do VaiConcursos.