Calcule o trabalho feito contra a pressão atmosférica, quando 10 kg de água convertem-se em vapor, ocupando um volume de
.
Passo 1
O enunciado pede o trabalho feito contra a pressão atmosférica quando
de água se transformam em vapor que ocupa
. Dados fornecidos:
Outras informações necessárias (usarei valores padrões):
O que o problema quer: o trabalho realizado contra a pressão atmosférica (ou seja, o trabalho necessário para expandir o volume da água líquida até o volume de vapor).
Passo 2
Vamos calcular o volume inicial ocupado pela água líquida antes de vaporizar, usando a relação entre massa, densidade e volume:
Substituindo os números:
Explicação didática: densidade é massa por unidade de volume; para achar o volume dividimos a massa pela densidade. Aqui a água líquida ocupa um volume muito pequeno comparado ao vapor.
Passo 3
Calculamos a variação de volume
que ocorre durante a vaporização:
Observação: muitas vezes, em exercícios, admite-se
desprezível; então usar
em vez de
dá praticamente o mesmo resultado.
Passo 4
Fórmula do trabalho contra uma pressão constante externa: quando a pressão externa é constante, o trabalho realizado pela expansão é
Aqui queremos o trabalho feito contra a pressão atmosférica, portanto
. Explicação das unidades:
, multiplicando por
obtemos
, que é a unidade de trabalho/energia.
Passo 5
Substituindo os valores numéricos:
Faço a multiplicação em partes para ficar claro: primeiro
(mas vamos direto ao produto numérico):
Arredondando de forma conveniente (3 algarismos significativos) obtemos
Passo 6
Comentário físico e sobre o sinal: como o sistema (água) precisa empurrar a atmosfera para expandir, o trabalho “feitos contra a pressão atmosférica” é um trabalho positivo de
. Se em prova estiverem pedindo o trabalho realizado pelo ambiente sobre o sistema, o sinal seria oposto; por isso atenção à formulação. Aqui seguimos a interpretação usual do enunciado: trabalho realizado contra a pressão atmosférica (valor positivo).