Questão 3. Uma amosta de 5 g de metano gasoso ocupa um volume de 12,8 L a 320 K . (a) Calcule o trabalho feito quando o gás se expande isotermicamente contra uma pressão externa de 250 torr até seu volume aumentar de 5,5 L. (b) Calcule o trabalho se a mesma expansão for realizada isotermicamente e reversivelmente
Passo 1
O enunciado trata da expansão isotérmica de uma amostra de metano gasoso (massa
g) à temperatura
K, com volume inicial
L. O gás expande até aumentar seu volume em
L contra pressão externa constante
torr. Pede-se o trabalho realizado (a) em processo irreversível contra
e (b) em processo isotérmico reversível. Vamos usar definição de trabalho de expansão de gases:
– irreversível:
– reversível:
– irreversível:
– reversível:
Passo 2
Calcula-se o número de moles de metano a partir da massa molar
g/mol e define-se o volume final
:
Passo 3
Para a expansão irreversível contra pressão externa constante vale
Convertendo
de torr para atm:
e usando
L, obtém-se em L,atm:
Convertendo para joules (
L,atm
J):
Passo 4
Para expansão isotérmica reversível aplica-se
Calcula-se primeiro
e a razão de volumes
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Resposta
(a)
J
(b) J
(b)