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Enunciado

Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 15.Problemas - Ex. 41

41 Um cilindro rígido, com volume de 0,1 litros, contém água no ponto crítico. Determine a transferência de calor necessária para que a temperatura da água no cilindro atinja 20°C.

Passo 1

Bem... vamos lá.... pra essa questão nós vamos precisar de um monte de coisa, maaas.. vamos aos poucos que sai tudo certinho. ;)

Vamos usar a primeira lei da termodinâmica, né:

E 2 - E 1 = Q - W

E também da equação de variação de energia total:

E 2 - E 1 = U 2 - U 1 + m V 2 2 2 - m V 1 2 2 + m g Z 1 - m g Z 2

Ahhh... e alguns dados na tabela lá do final do livro.

Passo 2

Então... Vamos pegar as duas equações aí de cima e juntar...

Maaaas antes vamos fazer algumas considerações.

Como não tem variação de energia cinética e de energia potencial e tals, vamos ter só a variação da energia interna, então:

E 2 - E 1 = U 2 - U 1

E como o pistão é trabado, então temos volume constante e também o trabalho é zero:

v 2 = v 1

W = 0

Agora sim, juntando ficamos com:

U 2 - U 1 = Q

Passo 3

Bem... o dado que temos é que está no ponto crítico, então vamos olhar que ponto é esse lá na tabela B.1.1 (é mole de achar porque é a última linha dessa tabela):

v 1 = v c

v 1 = 0,003155   m 3 / k g

E também temos, então, a energia interna:

u 1 = 2029,6   K j / k g

E já vamos calcular a massa também:

m = V / v 1

m = 0,1 × 10 - 3 0,003155  

m = 0,0317   k g

Passo 4

Agora, pro estado dois, nós temos a temperatura, que é 20°C.. então é só olhar na tabela:

Pra achar o título:

v 2 = v l + x 2 v l v

0,003155 = 0,001002 + x 2 × 57,79

x 2 = 3,7 × 10 - 5

E com o título podemos achar a energia interna:

u 2 = u l + x 2 u l v

u 2 = 83,95 + 3,7 × 10 - 5 × 2319

u 2 = 84,04   k J / k g

Passo 5

Lembrando que:

U = m u

Então:

Q = m u 2 - m u 1

Q = m u 2 - u 1

Q = 0,0317 × 84,04 - 2029,6

Q = - 61,7   k J

Resposta

Q = - 61,7   k J

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