Um conjunto cilindro-pistão fechado, contendo um vapor, perde calor a uma taxa constante de . Sabendo que a energia do vapor não varia durante esse processo, determine a potência realizada pelo vapor sobre o ambiente.
Passo 1
O exercício pede para a gente determinar a taxa de trabalho que o vapor realiza sobre o ambiente que também pode ser chamada de potência. O primeiro passo para resolver essa questão é entender todas as informações do problema que o enunciado dá pra gente. Por isso, a figura abaixo mostra todos os dados que temos para calcular .
O da figura é a taxa de calor que sai do vapor. Como o vapor perde calor, essa taxa é negativa!
Quando o vapor perde calor, seu volume diminui. Isso significa que o vapor comprime e recebe uma taxa trabalho de movimento de fronteira .
é a taxa de variação da energia do vapor. Como o exercício diz que a energia do vapor não varia durante a perda de calor, a taxa de variação da energia é nula!
Com isso, descobrimos todos os dados que a questão nos informa. Agora, vamos determinar qual equação nós usamos para calcular .
Passo 2
Como o conjunto cilindro-pistão está fechado, não entra massa nele nem sai massa dele. Ou seja, o conjunto cilindro-pistão forma um sistema fechado. Então para calcular a potência do vapor, temos que usar a primeira lei para sistemas fechados.
Olhando para a fórmula acima, nós vemos que temos informações sobre todas as variáveis que precisamos ( e ) para calcular . Então vamos começar a fazer as contas!
Passo 3
Atenção! O valor negativo da potência significa que o vapor sofre trabalho!