(3 pontos) Considere vapor de água a
e 10 bar em um cilindro com um pistão sem atrito, O gás se expande lentamente do volume inicial de
até
. O processo é realizado de duas formas: pressão constante (isobárica) e temperatura constante (isotérmica). Calcule a massa de vapor de água presente no cilindro inícialmente. Considerando que o vapor de água se comporta como gás ídeal, calcule o trabalho realizado pelo sistema sobre o pistão nos dois casos.
Passo 1
Resumindo o enunciado: temos vapor de água a
(ou seja,
) e
num cilindro com pistão sem atrito. O gás se expande de
até
. Precisamos (1) determinar a massa inicial de vapor usando a lei dos gases ideais e (2) calcular o trabalho realizado pelo sistema no processo isobárico e no isotérmico.
Passo 2
Para achar a massa usamos a lei dos gases ideais
onde
é a constante específica da água
. Substituindo:
Passo 3
No processo isobárico (
constante), o trabalho é
Passo 4
No processo isotérmico (
constante), o trabalho é
Como
, temos
Resposta
massa inicial
trabalho isobárico
trabalho isotérmico
trabalho isobárico
trabalho isotérmico