Um ciclo padrão de ar de Otto tem uma razão de compressão igual a 8. No início do processo de compressão, o ar está a
e
, e
é o calor transferido para o ar durante o processo de fornecimento de calor a volume constante. Considerando os calores específicos constantes nos processos, determine:
(a) A pressão e temperatura ao final do processo de fornecimento de calor
(b) O trabalho líquido do ciclo
© A eficiência térmica
(d) A pressão média efetiva para este ciclo.
(a) A pressão e temperatura ao final do processo de fornecimento de calor
(b) O trabalho líquido do ciclo
© A eficiência térmica
(d) A pressão média efetiva para este ciclo.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício trata de um ciclo de Otto, que é um modelo básico de motores de combustão interna, tipo os de carros. A gente vai precisar entender um pouco sobre termodinâmica, especificamente processos de compressão e expansão, além de usar algumas fórmulas chaves. A tarefa pede para calcular:
a) A pressão e temperatura ao final do processo de fornecimento de calor.
b) O trabalho líquido do ciclo.
c) A eficiência térmica.
d) A pressão média efetiva para esse ciclo.
Vamos resolver passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos focar na parte (a). A gente sabe que, durante o processo de fornecimento de calor a volume constante (isochorico), a temperatura e a pressão do ar aumentam. Precisamos encontrar a pressão
e a temperatura
no final desse processo.
Passo 3
Para isso, vamos usar a relação de calor específico a volume constante (
). A fórmula que relaciona o calor fornecido (
), a massa específica, e a variação de temperatura é:
Mas primeiro, precisamos saber o
, que é a temperatura após a compressão.
Passo 4
Sabemos que a compressão é adiabática (sem troca de calor) e a razão de compressão
. Usando a relação adiabática para temperaturas:
Onde
. Para ar, geralmente usamos
.
Passo 5
Vamos calcular
:
Passo 6
Agora, usando a fórmula do calor a volume constante para encontrar
:
Rearranjando para
:
Sabemos que
e
para o ar.
Passo 7
Calculando
:
Passo 8
Agora, para encontrar a pressão
, usamos a relação de gás ideal:
Primeiro, precisamos achar
após a compressão. Usando a relação adiabática:
Passo 9
Calculando
:
Passo 10
Agora, aplicando a relação de gás ideal para encontrar
:
Resposta
a) Ao final do processo de fornecimento de calor, a pressão é aproximadamente
e a temperatura é
.
Exercícios relacionados
Uma bola esférica de 2 cm de diâmetro, cuja superfície é mantida a uma temperatura de
, está suspensa nomeio de uma sala a
. Se o coeficiente de transferência de calor por convecção é de 15btu/h pe
of e a emissividade da superfície é de 0,8 , determine a taxa total de transferência de calor da bola.
A razão de compressão de um ciclo-padrão de ar de Otto é igual a 8. No início do curso de compressão a pressão é
e a temperatura é
.
calor transferido para o ar por ciclo é de
de ar. Determine:
(a) A pressão e temperatura ao final de cada processo no ciclo.
(b) A eficiência térmica.
© A pressão média efetiva
(a) A pressão e temperatura ao final de cada processo no ciclo.
(b) A eficiência térmica.
© A pressão média efetiva
Um resistor cilíndrico em uma placa de circuito dissipa
de potencia. 0 resistor tem 2 cm de comprimento e um diâmetro de
. Supondo uma transferência de calor uniforme de todas as superfícies, determine:
a) A quantidade de calor que este resistor dissipa durante um período de 24 horas;
b) fluxo de calor;
a) A quantidade de calor que este resistor dissipa durante um período de 24 horas;
b)
Em uma certa experiência, amostras cilíndricas de 4 cm de diâmetro e 7 cm de comprimento são utilizadas. Os dois termopares em cada amostra são colocados a 3 cm de intervalo. Após os primeiros transientes, observa-se que o aquecedor elétrico consome
e 110 V e ambos os termômetro diferenciais apontam uma diferencia de temperatura de
. Determine a condutividade térmica da amostra.