Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores Δh, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V.
A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar
O experimento descreve um processo isobárico (pressão constante), pois o êmbolo se move livremente sem atrito, mantendo a pressão do gás igual à pressão exercida pelo peso do objeto mais a pressão atmosférica.
Para um processo isobárico, a quantidade de calor fornecida a n mols de gás é dada por:
Q = n C_p \Delta T
Portanto, para o mesmo calor Q fornecido e o mesmo número de mols n (quantidades equimolares), o aumento de temperatura será inversamente proporcional à capacidade calorífica a pressão constante C_p:
\Delta T = \frac{Q}{n C_p}
Pela lei dos gases ideais a pressão constante, a variação de volume — e portanto a elevação \Delta h do êmbolo — é proporcional a \Delta T:
\Delta h \propto \Delta T \propto \frac{Q}{C_p}
O gráfico mostra que, para o mesmo calor fornecido, o gás M apresenta maior elevação \Delta h do que o gás V. Isso significa que M aquece mais (maior \Delta T) com a mesma quantidade de calor, o que indica que M possui menor capacidade calorífica (menor C_p).
As demais alternativas não explicam o comportamento observado: pressão de vapor está associada a mudanças de fase, não à expansão isobárica; massa molecular não afeta diretamente a expansão de quantidades equimolares; compressibilidade maior implicaria menor expansão, o oposto do observado; e energia de ativação é um conceito de cinética química, sem relação com o fenômeno descrito.
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