Seja
de água
em processo de transformação de fase de líquido para vapor. A água está fervendo em uma montagem que confina a mistura água líquida/vapor de água, mantém uma pressão constante de
e permite troca de calor com o exterior. Neste processo o volume da água varia de
a
.
Calcule o trabalho realizado neste processo e interprete o seu sinal;
Calcule o trabalho realizado neste processo e interprete o seu sinal;
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre uma quantidade de água passando de líquido para vapor sob pressão constante. A matéria envolvida aqui é Termodinâmica, especificamente o conceito de trabalho realizado durante uma transformação de fase. Para resolver, vamos precisar entender como calcular o trabalho nesse processo usando a variação de volume e a pressão constante.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar como calcular o trabalho realizado por um sistema quando há expansão ou compressão sob pressão constante. A fórmula básica para isso é:
Onde:
- $ W $ é o trabalho realizado.
- $ P $ é a pressão constante.
- $ \Delta V $ é a variação de volume ($ V_{final} - V_{inicial} $).
O sinal negativo indica a convenção da termodinâmica: se o sistema realiza trabalho sobre o ambiente (expansão), o trabalho é negativo; se o ambiente realiza trabalho sobre o sistema (compressão), o trabalho é positivo.
Passo 3
Vamos identificar os valores que temos no problema:
- Pressão constante, $ P = 1.0 \times 10^{5} , Pa $
- Volume inicial, $ V_{inicial} = 1.0 \times 10^{-3} , m^{3} $
- Volume final, $ V_{final} = 1.0 , m^{3} $
Agora, calculamos a variação de volume:
Passo 4
Com os valores de $ P $ e $ \Delta V $ em mãos, podemos calcular o trabalho:
Resposta
O trabalho realizado nesse processo é de aproximadamente
. O sinal negativo indica que o trabalho foi realizado pela água (sistema) sobre o ambiente, ou seja, a água expandiu e transferiu energia para o entorno durante a transformação de líquido para vapor.