Uma certa massa de um gás com comportamento ideal está armazenada em um cilindro dotado de um pistão que se move no interior do cilindro sem atrito. A 350 K , a massa de gás ocupa o volume de
quando sobre o pistão está colocado um peso que exerce a pressão de 300 kPa . O cilindro é aquecido fazendo com que o gás se expanda até alcançar o volume de
, mantendo-se a pressão de 300 kPa sobre o pistão. Calcule o trabalho feito pelo gás sobre o pistão. Considere a pressão atmosférica de 100 kPa . (-24kJ)
Passo 1
Beleza, o enunciado diz que temos um gás ideal num cilindro com pistão sem atrito. A 350 K ele ocupa 0,04 m³ e sobre o pistão colocam um peso que exerce 300 kPa (já em pressão “gauge”). Aí a gente esquenta mantendo essa pressão constante e o volume vai para 0,1 m³. Pedem o trabalho feito pelo gás sobre o pistão, sabendo que a pressão atmosférica é de 100 kPa.
Conteúdo: termodinâmica básica (trabalho em processo isobárico). Vamos precisar de:
• entender o que é trabalho pdV;
• converter pressão gauge em absoluta;
• aplicar W = –p_ext·ΔV (convenção de sistema).
Conteúdo: termodinâmica básica (trabalho em processo isobárico). Vamos precisar de:
• entender o que é trabalho pdV;
• converter pressão gauge em absoluta;
• aplicar W = –p_ext·ΔV (convenção de sistema).
Passo 2
O que é trabalho em termodinâmica?
Quando um gás expande, ele “empurra” o pistão e faz trabalho sobre o meio externo. Em geral:
Quando um gás expande, ele “empurra” o pistão e faz trabalho sobre o meio externo. Em geral:
Se a pressão externa é constante (processo isobárico reversível), isso vira
Como usamos a convenção de física (sistema perde energia quando faz trabalho), colocamos sinal “–”:
Passo 3
Pressão externa absoluta
O peso “gauge” de 300 kPa é acima da atmosfera. Logo:
O peso “gauge” de 300 kPa é acima da atmosfera. Logo:
Passo 4
Cálculo de ΔV
Passo 5
Agora junta tudo:
Em kJ: