1. Uma barra de 0,5 kg de CO2 sólido é deixada evaporar completamente em um recipiente de volume igual a 2000 cm^3 a 25^circ C. Calcule o trabalho produzido, se o sistema expande:
    a) Isotermicamente contra uma pressão externa constante de 1 atm . Ao final do processo, a pressão do gás torna-se igual à pressão externa.
    b) Isotérmica e reversivelmente até pressão final igual a 1 atm.
Suponha comportamento ideal para o CO2.

Passo 1

O enunciado diz que uma barra de massa m=0,5 kg de CO2 sólido evapora totalmente, mantendo-se a temperatura em T=25,0 ^circC=298 K. A máquina de reação é um cilindro com pistão que, inicialmente, tem volume interno
Vi = 2000 cm^3 = 2,0times10^-3 m^3,
e ao final do processo o gás ocupa o volume
Vf
tal que sua pressão é Pext=1,00 atm=1,013times10^5 Pa
Conteúdo da matéria: Trabalho de expansão de gás ideal, caso irreversível contra pressão constante e caso reversível isotérmico. Vamos precisar da lei dos gases ideais e das fórmulas
wirr=-Pext,(Vf-Vi), wrev=-integralVi^VfPint,dV =-nRTlnVfVi

Passo 2

Calcular a quantidade de matéria n:
n=mMCO2 =0,5 kg44times10^-3 kg/mol =11,36 mol
Pela lei dos gases ideais, o volume final quando Pf=Pext é
Vf =nRTPext =11,36cdot8,314;J/(molcdot K)cdot298;K 1,013times10^5;Pa approx0,2779 m^3

Passo 3

Trabalho irreversível (isotérmico contra Pext=constante):
wirr =-Pext,(Vf-Vi) =-1,013times10^5;Pa,l(0,2779-0,0020r);m^3 approx-2,80times10^4 J

Passo 4

Trabalho reversível isotérmico:
wrev =-nRTlnVfVi =-l(11,36cdot8,314cdot298r)ln!gl(0,27790,0020gr) approx-1,39times10^5 J

Resposta

(a) wirrapprox -2,8times10^4 J.
(b) wrevapprox -1,39times10^5 J.

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