(Originais Teachy 2023) - Questão Médio de Física

Um gás ideal monoatômico confinado em um cilindro com um pistão móvel realiza um ciclo termodinâmico consistindo de duas etapas. Na primeira etapa, o gás sofre uma expansão isotérmica a partir de um volume inicial Vi para um volume final Vf. Durante essa etapa, o gás absorve calor de uma fonte quente mantendo sua temperatura constante. Na segunda etapa, o gás sofre uma compressão adiabática e isotérmica, retornando ao seu volume inicial. Para a expansão isotérmica, a pressão P do gás é mantida constante em um valor P1 e para a compressão adiabática, a pressão varia de P1 para P2. O gás executa um trabalho W sobre o pistão durante cada etapa do ciclo termodinâmico. Considere que o gás se comporta como um gás ideal em ambas as etapas e que os processos são reversíveis. 1) Calcule o trabalho realizado pelo gás durante a expansão isotérmica. 2) Determine o trabalho realizado pelo gás durante a compressão adiabática e isotérmica. Para ambas as etapas, apresente as equações utilizadas e os passos necessários para a solução, considerando que a pressão P, o volume V e a temperatura T do gás seguem a equação dos gases ideais PV = nRT, onde n é a quantidade de matéria do gás e R é a constante dos gases. Além disso, utilize as relações termodinâmicas apropriadas para um gás ideal monoatômico, como por exemplo, a lei dos gases ideais PV = NkT, onde N é o número de moléculas do gás e k é a constante de Boltzmann.