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 500 mL(0,5 L) contra uma força oposta devido à transição do carro, que é equivalente a pressão de 1,2 atm, 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: 1 L atm =101,325 J )
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 W = P times De 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 ( W = 1,2 , atm times 0,5 , L = 0,6 , L atm ):

Passo 4

Agora, convertendo o trabalho para joules:
W = 0,6 , L atm times 101,325 , JL atm = 60,795 , J approx 60,8 , J

Passo 5

Para a variação da energia interna De, usamos a primeira lei da termodinâmica:
De
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 .

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