Um cilindro com êmbolo móvel contém um gás à pressão de 4,0.104 N / m 2. Quando é fornecido 6 kJ de calor ao sistema, à pressão constante, o volume do gás sofre expansão de 1,0.10-1 m 3. Determine o trabalho realizado e a variação da energia interna nessa situação.

Passo 1

Vamos dar uma olhada no que a questão está nos pedindo. Temos um cilindro com um gás que está sendo comprimido ou expandido. A pressão do gás é constante e igual a . Quando fornecemos 6 kJ de calor ao sistema, o volume do gás aumenta em . Precisamos descobrir duas coisas:
  1. O trabalho realizado pelo gás durante essa expansão.
  2. A variação na energia interna do gás.
Para resolver isso, vamos usar a primeira lei da termodinâmica, que relaciona calor, trabalho e mudança na energia interna.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular o trabalho realizado pelo gás quando ele se expande. O trabalho W = P times De em um processo a pressão constante é dado pela fórmula:
W = 4,0 times 10^4 , N/m^2 times 1,0 times 10^-1 , m^3
Onde:
  • W = 4,0 times 10^3 , J é a pressão constante ( W = 4,0 times 10^3 , J )
  • é a variação de volume ( )
Vamos substituir os valores na fórmula:
Então, o trabalho realizado pelo gás é de ou 4 kJ.

Passo 3

Agora, vamos usar a primeira lei da termodinâmica, que diz:
De
Onde:
  • De é a variação da energia interna.
  • De é o calor fornecido ao sistema (6 kJ ou ).
  • é o trabalho realizado pelo sistema (4 kJ ou ).
Substituindo os valores:
Portanto, a variação na energia interna do gás é de ou 2 kJ.

Resposta

O trabalho realizado pelo gás é de e a variação da energia interna é de .

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