Enunciado
Física - Fundamentos de Física Volume 2 - Gravitação, Ondas e Termodinâmica - 10ª Edição - David Halliday, Jearl Walker e Robert Resnick- Ed: 10º - Capítulo 18.Problemas Adicionais - Ex. 80
A figura mostra um cilindro com gás, fechado por um êmbolo móvel. O cilindro é mantido submerso em uma mistura de gelo e água. O êmbolo é empurrado para baixo rapidamente da posição para a posição e mantido na posição até que o gás esteja novamente à temperatura da mistura de gelo e água; em seguida, é erguido lentamente de volta para a posição . A figura é um diagrama do processo, Se de gelo são derretidos durantes o ciclo, qual é o trabalho realizado sobre o gás?
Passo 1
Belezoca galerinha, quando estamos falando de calor e trabalho, é bom sempre pensar na primeira lei da termodinâmica:
Nessa fórmula, é o calor recebido pelo gás, e é o trabalho realizado pelo gás.
Vamos aplicar essa lei ao ciclo completo, já que no final o êmbolo volta ao mesmo ponto onde começou.
Passo 2
Como fica a variação da energia interna nesse caso? Bom, em um ciclo completo, a variação da energia interna é sempre zero:
Então:
Isso é bom, quer dizer que pra calcularmos o trabalho, a gente pode simplesmente calcular o calor!
Passo 3
A questão disse que, ao longo do processo, de gelo foram derretidos. Vamos ver quanto calor é necessário pra fazer isso:
Ou seja, essa é a quantidade de calor que o gás perdeu! Pela definição que a gente deu para o logo no início da resolução, isso quer dizer que vamos colocar um sinal negativo na frente desse número:
E voltando na equação lá de cima:
Ou seja, o trabalho (que é o que foi realizado PELO gás) é negativo. Isso quer dizer que o trabalho realizado SOBRE o gás é:
Resposta
O trabalho realizado sobre o gás é .