Quantificação do Trabalho

Lembremo-nos que a energia interna de um sistema é definida como a soma do calor e do trabalho. O calor é medido utilizando a calorimetria, mas como é quantificado o trabalho, o trabalho é o resultado de uma força, que um objeto experimenta, tais como ser puxado, empurrado ou levantado numa distância. Assim, o trabalho é igual à força vezes a distância.

Se um taco de golfe acerta numa bola a 100 pés, então já fez o seu trabalho. A energia é transferida do taco para a bola. Neste caso, a bola é o sistema em que o trabalho é realizado pelo meio envolvente.

Nas reações químicas, o trabalho pode ser associado a múltiplas alterações físicas ou químicas num sistema. Um tipo de trabalho normalmente encontrado é o trabalho de pressão-volume. Consideremos a combustão no cilindro de um motor.

A combustão não só gera calor, como também produz gás, que realiza trabalho. Quando o volume de gás no cilindro se expande, a pressão empurra o pistão para baixo atuando contra as forças externas no meio envolvente. A pressão é definida como uma força que atua numa área.

Aqui, a força dos gases em expansão está distribuída pela área da base do pistão. Por outras palavras, a força é a pressão vezes a área. Assim, o trabalho, que é a força vezes a distância, pode ser reescrita à medida que se multiplica a pressão pela área e distância sobre a qual atua.

Para o cilindro do motor, esta é a diferença de altura em que o pistão se move. Considerando que a área vezes a altura é o volume de um cilindro, a equação para o trabalho pode ser definida pela pressão vezes a alteração do volume do sistema. No entanto, porque o volume aumenta e o pistão é empurrado para baixo, na verdade, o sistema executa trabalho no meio envolvente que, por convenção, é um valor negativo.

Por conseguinte, o trabalho é definido como o negativo da pressão P vezes delta V ou a alteração no volume final e inicial, que ocorreu durante a expansão. A unidade de trabalho pressão-volume é geralmente definida como litro-atmosfera. Esta unidade pode ser convertida na unidade convencional de energia, Joules, utilizando o fator de conversão de que um litro-atmosfera é igual a 101, 3 Joules.