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 50 cm^3. 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.

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 ( W = -P De) 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, 1 , atm times 1 , L = 101,325 , J ³. A pressão constante é 50 , cm³ = 0,050 , L .
Agora, vamos converter as unidades para facilitar o cálculo. Sabemos que:
E como ³, então:
³

Passo 4

Substituindo na fórmula do trabalho:
W = -P De
Agora, convertendo para Joules:
W = -0,050 , atm cdot L times 101,325 , Jatm cdot L = -5,06625 , J
Arredondando para duas casas decimais, já que os valores dados tinham duas casas:
W approx -5,07 , J

Resposta

O trabalho realizado sobre o sistema é aproximadamente -5,07 J.

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