Qual é o trabalho efetuado por um gás quando ele expande-se livremente? (Tente justificar com suas próprias palavras).
Passo 1
Nesse problema, a questão é de termodinâmica e a gente quer saber quanto de trabalho um gás realiza num processo de expansão livre. Para isso, vamos usar a definição de trabalho de um gás em termos da pressão externa e da variação de volume.
Passo 2
O trabalho termodinâmico realizado por um gás em qualquer processo é dado por
onde
é a pressão exercida pelo ambiente sobre o gás.
Passo 3
Na expansão livre, o gás se expande para o vácuo, ou seja, não há pressão externa exercida (
). Substituindo na integral, temos
Em outras palavras, como não há força externa para vencer, o gás não realiza trabalho durante a expansão livre.
Resposta
O trabalho realizado é zero.