Um recipiente cilíndrico vertical é fechado por meio de um pistão, com de massa e de área, que se move sem atrito. Um gás ideal, contido no cilindro, é aquecido de a , fazendo o pistão subir . Nesta posição, o pistão é fixado, enquanto o gás é resfriado até sua temperatura inicial. Considere que o pistão e o cilindro encontram-se expostos à pressão atmosférica. Sendo o calor adicionado ao gás durante o processo de aquecimento e , o calor retirado durante o resfriamento, assinale a opção correta que indica a diferença .
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A questão trata principalmente da primeira lei da termodinâmica, em que podemos escrever:\begin{matrix}\Delta U_1 = Q_1 - W_1 &,& \Delta U_2 = Q_2 - W_2
\end{matrix}Observe que a variação de temperatura é a mesma nos dois casos, sendo assim os módulos das energias internas iguais, isto é:\begin{matrix}|Q_1| - W_1 = |Q_2| - W_2
\end{matrix}Pondere que no segundo processo o trabalho é nulo visto que o pistão é fixo, então:\begin{matrix}
|Q_1| - |Q_2| = W_1
\end{matrix}Agora, resta apenas encontrar o trabalho realizado no primeiro processo, para isso podemos escrever:\begin{matrix}
W_1 = P\Delta V
\end{matrix}Repare que o processo é isobárico, visto que tanto na situação inicial quanto na final a pressão é a mesma, pressão essa igual a soma da atmosférica mais a do peso do pistão, logo:\begin{matrix}P = P_{pistão} + P_{atm} \\ \\ P = \left(\dfrac{8\cdot 10}{60 \cdot 10^{-4}} + 10^5\right) \ \pu{Pa}
\end{matrix}$\color{orangered}{\text{Obs:}}$ Não esqueça de converter $\pu{cm}$ para $\pu{m}$.
Com isso,\begin{matrix}W_1 = \left(\dfrac{8\cdot 10}{60 \cdot 10^{-4}} + 10^5\right)\cdot \left(\dfrac{60 \cdot 20}{10^{6}} \right)= 136 \ \pu{J} \\ \\ |Q_1| - |Q_2| = 136 \ \pu{J}
\end{matrix}\begin{matrix}Letra \ (A)
\end{matrix}
