Uma barra de ferro foi colocada no interior de um contêiner sob pressão constante de 1,0 atm. Esperou-se tempo suficiente para que o equilíbrio térmico entre a barra e o contêiner fosse alcançado e verificou-se que durante o processo o volume da barra aumentou
. Para o sistema sob estudo (barra de ferro):
c) Calcule o trabalho de expansão/compressão realizado sobre o sistema durante o referido processo necessário para alcançar o equilíbrio térmico.
c) Calcule o trabalho de expansão/compressão realizado sobre o sistema durante o referido processo necessário para alcançar o equilíbrio térmico.
Passo 1
Beleza, vamos resumir o que a questão tá pedindo! Temos uma barra de ferro dentro de um contêiner com pressão constante de 1,0 atm. Depois de algum tempo, a barra expandiu seu volume em 50 cm³ até alcançar o equilíbrio térmico com o contêiner. O que precisamos fazer aqui é calcular o trabalho de expansão ou compressão que foi realizado sobre o sistema (a barra de ferro) durante esse processo.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que é trabalho em termodinâmica. Quando um sistema realiza trabalho, isso pode acontecer por expansão ou compressão. A fórmula básica para calcular o trabalho (
) em um processo de expansão ou compressão a pressão constante é:
Onde:
-
é a pressão constante. -
é a variação de volume. - O sinal negativo indica que o trabalho é realizado sobre o sistema se for compressão, e pelo sistema se for expansão.
Passo 3
No nosso caso, a barra de ferro expandiu, ou seja, o volume aumentou. Então,
. A pressão constante é
.
Agora, vamos converter as unidades para facilitar o cálculo. Sabemos que:
E como
, então:
Passo 4
Substituindo na fórmula do trabalho:
Agora, convertendo para Joules:
Arredondando para duas casas decimais, já que os valores dados tinham duas casas:
Resposta
O trabalho realizado sobre o sistema é aproximadamente -5,07 J.
Exercícios relacionados
i) Calcule a pressão exercida por
de
confinado a 500 K em um recipiente de volume igual a
nas hipóteses de (a) comportamento de gás perfeito e (b) comportamento de gás de van der Waals. (Para o ácido sulfídrico considere as constantes de van der Waals:
).
ii) Explique a diferença entre os valores encontrados para cada hipótese no item i, discutindo o significado físico das constantes a e b de van der Waals. A partir dessa discussão, explique que tipos de força dominam entre as moléculas do gás: atrativas ou repulsivas.
ii) Explique a diferença entre os valores encontrados para cada hipótese no item i, discutindo o significado físico das constantes a e b de van der Waals. A partir dessa discussão, explique que tipos de força dominam entre as moléculas do gás: atrativas ou repulsivas.
Três máquinas térmicas recebem 600 kJ de energia na forma de calor por ciclo de operação de uma fonte quente a
. As máquinas rejeitam, por ciclo, determinadas quantidades de energia na forma de calor para uma fonte fria a
, sendo que a máquina A rejeita 450 kJ , a máquina
, e a C, 120 kJ . Considerando que estas máquinas operam apenas com duas fontes térmicas, responda:
c) Alguma das máquinas opera de forma reversível? Justifique.
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Considere que um mol de gás ideal (
), inicialmente a
e 100 kPa , é adiabaticamente comprimido até que sua temperatura atinja
:
a) Calcule e
para esse processo.
a) Calcule
Enuncie a primeira lei da Termodinâmica e dê um exemplo de um processo no qual essa lei poderia ser observada.