Em que etapas do ciclo o gás cede calor para a vizinhança, e qual é o calor total cedido?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Temos uma questão que pergunta em quais etapas do ciclo o gás cede calor para a vizinhança e qual é o calor total cedido. Isso está relacionado ao estudo dos ciclos termodinâmicos, que são sequências de processos pelos quais um gás passa para realizar trabalho e transferir calor. Para resolver isso, vamos precisar lembrar das etapas típicas de um ciclo termodinâmico, como o Ciclo de Carnot, e entender como o calor é trocado em cada etapa.
Passo 2
Primeiro, vamos revisar as etapas do Ciclo de Carnot, que é um ciclo termodinâmico ideal composto por quatro processos:
- Expansão Isotérmica: O gás se expande a temperatura constante, absorvendo calor da vizinhança.
- Expansão Adiabática: O gás continua se expandindo, mas sem troca de calor (adiabática).
- Compressão Isotérmica: O gás é comprimido a temperatura constante, cedendo calor para a vizinhança.
- Compressão Adiabática: O gás é comprimido sem troca de calor.
Passo 3
Agora, vamos identificar em quais dessas etapas o gás cede calor para a vizinhança. Observando as etapas:
- Expansão Isotérmica: O gás absorve calor.
- Expansão Adiabática: Sem troca de calor.
- Compressão Isotérmica: O gás cede calor.
- Compressão Adiabática: Sem troca de calor.
Portanto, a única etapa em que o gás cede calor para a vizinhança é a Compressão Isotérmica.
Passo 4
Para calcular o calor total cedido durante a Compressão Isotérmica, usamos a fórmula do calor para processos isotérmicos:
Onde:
-
é o calor cedido, -
é a quantidade de matéria, -
é a constante dos gases, -
é a temperatura constante, -
e são os volumes final e inicial.
Como é um processo de compressão,
, então o logaritmo será negativo, indicando que o calor está sendo cedido.
Resposta
O gás cede calor para a vizinhança apenas na etapa de Compressão Isotérmica do ciclo. O calor total cedido durante essa etapa é dado por: