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Respostas
(a) O gráfico que mostra a pressão do ar dentro do balde, em função de seu volume, da posição inicial (na superfície) até a posição final, mostrada na figura, é uma reta decrescente, pois a pressão do ar diminui à medida que o volume do gás aumenta. A pressão inicial é de 1 x 10^5 Pa e a pressão final é a pressão atmosférica do local onde o experimento está sendo realizado. (b) Para determinar o calor total trocado entre o gás no interior do tanque e o reservatório de água, é necessário calcular a variação de energia interna do gás. Como o gás está em equilíbrio térmico com a água do reservatório, sua temperatura permanece constante em 300 K. Portanto, a variação de energia interna é igual a zero e não há troca de calor entre o gás e a água. (c) O trabalho realizado sobre o gás no mesmo percurso é dado pela área sob a curva do gráfico pressão-volume. Como o gráfico é uma reta decrescente, a área é um trapézio. Utilizando a fórmula para o cálculo da área de um trapézio, temos: W = [(P1 + P2) / 2] x (V2 - V1) Onde P1 é a pressão inicial, P2 é a pressão final, V1 é o volume inicial e V2 é o volume final. Substituindo os valores, temos: W = [(1 x 10^5 + 1 x 10^5) / 2] x [(1/4)π(1)^2(2) - (1/4)π(1)^2(0)] W = 5 x 10^4 J Portanto, o trabalho realizado sobre o gás no mesmo percurso é de 5 x 10^4 J.
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