A água se expande quando congela. Quanto trabalho realiza uma amostra de 100 gramas de água quando congela a 0^circ C e estoura um cano de água que exerce uma pressão contrária de 1070 atm ? Dados: rhoH2 O(1)(0^circ C)= 1.00 g cm^-3, rhoH2 O(s)(0^circ C)=0.92 g cm^-3 1 atm= 101325 Pa .

Passo 1

O enunciado dá uma amostra de 100 g de água que congela a 0^circC sob pressão contrária de 1070 atm, liberando trabalho contra essa pressão. O conteúdo aqui é trabalho de expansão à pressão constante, dado por W = p,De<a V. Vamos precisar de: massa, densidades líquida e sólida para achar volumes inicial e final, conversão de unidades de c m^3 para m^3 e de atm para Pa, e então calcular W.

Passo 2

Calcular o volume inicial da água líquida:
Vi =mrhol =100 g1,00 g,cm^-3 =100 cm^3
Convertendo para metros cúbicos:
Vi =100times10^-6 m^3=1,00times10^-4 m^3

Passo 3

Calcular o volume final do gelo:
Vf =mrhos =100 g0,92 g,cm^-3 approx108,70 cm^3
Convertendo para metros cúbicos:
Vf=108,70times10^-6 m^3 =1,0870times10^-4 m^3

Passo 4

Obter a variação de volume:
De<a V =Vf-Vi =1,0870times10^-4-1,00times10^-4 =8,70times10^-6 m^3

Passo 5

Converter a pressão para pascal:
p=1070 atmtimes101325 Pa/atm approx1,0842times10^8 Pa

Passo 6

Calcular o trabalho de expansão:
W=p,De<a V =(1,0842times10^8 Pa) ,(8,70times10^-6 m^3) approx9,43times10^2 J

Resposta

O trabalho realizado pela amostra ao congelar é aproximadamente 9,4times10^2 J.

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