Um gás num pistão foi aquecido utilizando-se 500 J de calor. O pistão se deslocou por meio da expansão do gás em
contra uma pressão constante de
. (a) Calcule o trabalho realizado. (b) Calcule a variação da energia interna. © Ao final da expansão, o sistema (gás) ganhou ou perdeu energia?
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de Termodinâmica juntos! O enunciado fala sobre um gás em um pistão que foi aquecido, resultando na expansão do gás. Precisamos calcular três coisas: o trabalho realizado, a variação da energia interna e saber se o sistema ganhou ou perdeu energia no final. Para isso, vamos usar conceitos de trabalho em processos termodinâmicos e a primeira lei da termodinâmica.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o trabalho realizado pelo gás durante a expansão. Em termodinâmica, o trabalho
realizado por um gás em expansão a pressão constante é dado pela fórmula:
onde:
-
é a pressão constante, -
é a variação de volume.
Passo 3
Precisamos garantir que as unidades estejam compatíveis. A pressão está em atmosferas (atm) e o volume em litros (L), mas para calcular o trabalho em Joules (J), vamos converter as unidades.
Sabemos que:
Passo 4
Agora, aplicando os valores do enunciado:
Calculando o trabalho:
Convertendo para Joules:
Arredondando:
Passo 5
Agora, vamos calcular a variação da energia interna (
). Para isso, usamos a primeira lei da termodinâmica:
onde:
-
é o calor fornecido ao sistema, -
é o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 6
Do enunciado, temos:
Aplicando na fórmula:
Passo 7
Por último, vamos analisar se o sistema ganhou ou perdeu energia. A variação da energia interna (
) foi positiva (
), o que significa que o sistema ganhou energia.
Resposta
(a) O trabalho realizado pelo gás foi de aproximadamente 304 J.
(b) A variação da energia interna foi de 196 J.
© Ao final da expansão, o sistema ganhou energia.