Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 6.Problemas - Ex. 21
21- Inicialmente, um conjunto cilindro-pistão contém de ar a e . A massa do pistão do conjunto é igual a . Abre-se uma válvula posicionado no fundo do cilindro e ela só é fechada quando o pistão atinge um plano localizado a do plano original.
Qual é o trabalho envolvido neste processo? O que aconteceu com a energia total do ar?
Passo 1
Desenhando o sistema temos:
Quando o pistão atinge o equilíbrio (depois de percorrer os ) temos o seguinte equilíbrio na pressão:
Onde é a pressão atmosférica e a pressão do líquido, então para , e , teremos uma área de seção de:
Pois o ar tem a pressão de durante todo o processo, mesmo com o ar escapando
Passo 2
Então podemos calcular o trabalho ao fazer:
Onde é o volume de deslocamento de toda a área da seção transversal do pistão, ou seja:
Aí depende do que estamos falando, se for o trabalho da massa então o trabalho é positivo, se for o trabalho do ar então é negativo. Por conta do sentido do movimento.
A energia do ar não se altera, pois não é realizado nenhuma mudança de estado sobre ele. O ar não muda de estado por si só (por estarmos esquentando ele ou coisa do tipo, é uma ação externa e não interna, por isso podemos dizer que a pressão do mesmo é igual já que ela é livre para sair)