Exercícios Resolvidos de Entalpia, Energia Interna e Calores Específicos de Gases Perfeitos

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Enunciado

Um cilindro-pistão isolado termicamente contendo 1   k g de ar sofre um trabalho de compressão de 10   k J . Considerando o calor específico do ar constante, calcule a variação da temperatura do ar com esse processo. Utilize a tabela abaixo.

Passo 1

Tudo joinha, pessoas? Vamos direto ao ponto e descobrir como usar o calor específico de um gás perfeito pra calcular a variação de temperatura do gás?

Esse exercício quer saber quanto vale a variação de temperatura do ar Δ T , quando ele é comprimido! A figura abaixo mostra os dados que temos pra calcular Δ T .

u 1 é a energia interna do ar antes de ser comprimido e u 2 é a energia interna do ar depois de ser comprimido. W é o trabalho de compressão. Ele é negativo, porque o ar está recebendo energia com a compressão. Q é o calor trocado entre o ar e o ambiente. Q vale zero, porque o conjunto cilindro pistão é isolado termicamente. Aplicando a primeira lei no ar, encontramos:

Q - W = m u 2 - u 1

Usando essa equação, somos capazes de achar a variação de energia interna u 2 - u 1 . Conhecer quanto vale u 2 - u 1 é fundamental pra achar Δ T . A equação de gases ideais abaixo mostra a relação entre u 2 - u 1 e Δ T pra gases com calor específico constante.

u 2 - u 1 = c v 0 Δ T

Δ T = u 2 - u 1 c v 0

onde c v 0 é o calor específico a volume constante do ar que vale 0,7165   k J / k g K .

Com todas essas informações em mãos, estamos aptos a achar Δ T no próximo passo.

Passo 2

O primeiro passo pra achar Δ T é achar u 2 - u 1 , reorganizando a primeira lei da termodinâmica.

Q - W = m u 2 - u 1

u 2 - u 1 = Q - W m

u 2 - u 1 = 0 - - 10 1

u 2 - u 1 = 10   k J k g

Substituindo o valor de u 2 - u 1 , na fórmula de Δ T :

Δ T = u 2 - u 1 c v 0

Δ T = 10 0,7165

Δ T = 14,0   K

Que ótimo! Já achamos o resultado que o enunciado pediu!

Resposta

Δ T = 14,0   K

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