(ITA-SP) Termodinâmica

Na expansão livre de um gás ideal, quando ele passa de um volume Vi para um volume Vf, pode-se afirmar que essa expansão pode ser descrita por: 

a) uma expansão isotérmica.
b) uma expansão adiabática irreversível, na qual a temperatura no estado de equilíbrio final é a mesma que no estado inicial.
c) uma expansão isobárica.
d) um processo isovolumétrico.
e) nenhuma das afirmações.

Gabarito:

Gostaria de saber o porquê das outras opções estarem erradas. 

Por exemplo: existem processos termodinâmicos onde há variação do volume à pressão constante, como está especificado na alternativa c. Por que ela estaria errada? 

Agradeço desde já.

Bom,a expansão livre como o próprio nome já diz é uma expansão do gás contra o vácuo. 
Geralmente nos deparamos com situaçoes em que o gás  colide contra o embolo móvel  se expandindo ou se  comprimido .
Em ambos os casos há uma realização de trabalho.
 Como a definição de trabalho é transferência de energia entre corpos , temos que quando o gás está em um recipiente provido de um embolo móvel,  quando ele se expande fornece energia para o embolo e quando ele é comprimido o embolo fornece energia a molécula  (trabalho do meio externo ).
Na expansão livre não temos embolo ,temos apenas uma fina película que separa a parte que está o gás do vácuo e as paredes são adiabática.
Quando essa película é rompida, obviamente o gás se expande ,pois tem sempre a tendência de ocupar todo espaço disponível.
Neste caso não há perda nem ganho de energia , assim não há realização de trabalho !
Da primeira lei da termodinâmica temos que deltaU=Q-T.---> deltaU=0,pois as paredes são adiabáticas .
Com isso  concluímos que a temperatura final do sistema é igual a inicial. 

A letra A está errada porque na expansão isotermica embora delta U seja igual a zero  há troca de calor e realização de trabalho(mesmo módulo).

 A letra c está errada porque há  realização de trabalho na e troca de calor  e consequentemente variação de temperatura .

A letra d está errada porque embora não haja realização de trabalho há troca de calor entre o sistema e o meio externo,consequentemente sua temperatura varia.

OBS: é provável que quase tudo que eu disse você já saiba,eu só fiz essa longa explicação apenas para ficar um pouco mais didática  a abordagem para as futuras dúvidas que surgirem .
 
Bom, eu acho que é isso !!