Um gás é contido em um cilindro dotado de um pistão que pode se mover sem atrito. Um peso colocado sobre o pistão garante uma pressão total exercida sobreo gás de 200 kPa . Inicialmente, o gás ocupa o volume de 0,02 m^3, quando calor na quantidade de 25 kJ é fornecido ao gás, aquecendoo e fazendo-o expandir até o volume de 0,05 m^3 à pressão constante (o peso é mantido sobre o pistão). Calcule:
(a) o trabalho exercido pelo gás sobre as vizinhanças. (-6kJ)

Passo 1

Beleza, aqui o enunciado diz o seguinte: a gente tem um gás num cilindro com um pistão livre, e um peso garante que a pressão dele fique sempre em 200 kPa. No início o volume é 0,02 m³. Aí você dá 25 kJ de calor, ele esquenta, se expande até 0,05 m³ mantendo a pressão constante. A pergunta (a) é: qual o trabalho que o gás faz sobre as vizinhanças?
Matéria: Termodinâmica – trabalho em processo isobárico.
O que precisamos: a fórmula do trabalho em pressão constante, que é
W = P,De

Passo 2

Primeiro a gente calcula a variação de volume:
De

Passo 3

Em processo isobárico (pressão constante) o trabalho de expansão é
W = P,De
Só que cuidado com as unidades: 200 kPa = 200 000 Pa. Então
W = 200,000 Patimes 0,03 m^3 = 6,000 J = 6 kJ

Passo 4

Como o gás se expande, ele “entrega” energia na forma de trabalho para o entorno. Na convenção do primeiro princípio da termodinâmica (onde trabalho positivo é o que entra no sistema), esse trabalho sai do sistema, ou seja, aparece com sinal negativo.

Resposta

W = -6 kJ

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