Enunciado

À pressão atmosférica, a vaporização completa de 1   l de água a 100 ° C gera 1,671   m 3 de vapor de água. O calor latente de vaporização da água a esta temepratura é 539,6   c a l / g . (a) Quanto trabalho é realizado pela expansão do vapor no processo de vaporização de 1   L de água? (b) Qual é a variação de energia interna do sistema nesse processo?

Passo 1

(a) No primeiro caso, temos vapor expandindo à pressão constante. Então podemos calcular o trabalho usando a seguinte fórmula:

W = P Δ V

A pressão atmosférica é P = 1   a t m = 1,013 × 10 5   P a :

W = 1,013 × 10 5 1,671 - 0,001

W = 1,69 × 10 5   J

Passo 2

(b) Para calcular a variação da energia interna, precisamos usar a primeira lei da termodinâmica:

Δ U = Δ Q - W

Já calculamos W , mas ainda precisamos encontrar Δ Q .

Para evaporar 1   l de água (o que corresponde a uma massa m = 1 000   g ) a energia necessária é:

Δ Q = m L

Onde L é o calor latente de vaporização da água:

Δ Q = 1000 539,6

Δ Q = 539600   c a l

E vamos converter isso para joules, sabendo que 1   c a l = 4,2   J :

Δ Q = 539600 4,2 ≈ 2,27 × 10 6   J

Passo 3

E então, substituindo na primeira lei:

Δ U = Δ Q - W

Δ U = 2,27 × 10 6 - 1,69 × 10 5

Δ U = 2,10 × 10 6   J

Resposta

(a) O trabalho realizado pela expansão e 1,69 × 10 5   J .

(b) A variação de energia interna é Δ U = 2,10 × 10 6   J .

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