O motor a combustão interna de um automóvel, o gás quente e comprimido se expande contra um pistão, fazendo girar o conjunto biela-virabrequim que, por sua vez, impulsiona o veículo. Ao investigar o desempenho de um motor desse tipo, talvez você precise avaliar o trabalho que cada ciclo do pistão realiza. Suponha que o gás se expande em
contra uma força oposta devido à transição do carro, que é equivalente a pressão de
, e que nenhum calor foi trocado com a vizinhança durante a expansão. (a). Quanto trabalho é realizado durante a expansão? (b). Qual é a variação de energia interna do sistema? (Dados:
atm
)
Resposta ( 0,3 ponto):
Resposta ( 0,3 ponto):
Passo 1
Então, a gente tem um motor de carro onde o gás quente se expande e empurra um pistão. A gente precisa descobrir duas coisas: quanto trabalho esse pistão faz quando o gás se expande e qual a mudança na energia interna do sistema. A matéria aqui envolve trabalho em processos de expansão e a primeira lei da termodinâmica. Vamos usar a fórmula do trabalho feito por volta de pressão constante.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular o trabalho realizado durante a expansão. A fórmula para o trabalho
em uma expansão contra uma pressão constante
é:
Onde:
Passo 3
Precisamos converter a pressão e o volume para unidades compatíveis com a conversão dada (
):
Passo 4
Agora, convertendo o trabalho para joules:
Passo 5
Para a variação da energia interna
, usamos a primeira lei da termodinâmica:
Como não houve troca de calor com o ambiente (
), a variação da energia interna é:
Resposta
(a) O trabalho realizado durante a expansão é de aproximadamente
.
(b) A variação de energia interna do sistema é .
(b) A variação de energia interna do sistema é