Seja 1,0 kg de água 100^circ C 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 1.0 times 10^5 Pa e permite troca de calor com o exterior. Neste processo o volume da água varia de 1.0 times 10^-3 m^3 a 1.0 m^3.
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:
W = -P De
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:
P = 1.0 times 10^5 , Pa

Passo 4

Com os valores de $ P $ e $ \Delta V $ em mãos, podemos calcular o trabalho:
P
De

Resposta

O trabalho realizado nesse processo é de aproximadamente -9.99 times 10^4 , J. 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.

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