Enunciado
Termodinâmica - Van Wylen- Ed: 6º - Capítulo 5.Problemas - Ex. 54
54 Um conjunto clindro – pistão, que não apresenta atrito, contém 2 kg de N2. Inicialmente, a temperatura e o título são iguais a 100 K e 0,5. Tranfere-se calor ao N2 até que a temperatura atinja 300 K. Determine os volumes internos inicial e final do cilindro e o calor transferido neste processo.
Passo 1
Bom... vamos lá pra mais uma questão de pistão.
Essa não tem mistério. Só um pistão que vai subir ou descer sem atrito.
Vamos usar a primeira lei da termodinâmica, né:
E também da equação de variação de energia total:
Ahhh... e alguns dados nas tabelas lá do final do livro.
Passo 2
Vamos fazer algumas considerações e simplificações:
- Não tem energia cinética porque o nosso sistema não se movimenta, né:
E também não tem energia potencial porque o centro de massa do sistema muda muito pouco, então é despezível a variação de energia potencial:
O trabalho a gente consegue calcular de boa pela equação:
Então aquelas equações todas do passo 1 vira:
Passo 3
Vamos ver o que temos no estado inicial.
Hummm... já to vendo aqui que temos “título”, então temos líquido e vapor saturado. Vamos olhar na tabela B.6.1:
O volume específico do líquido e do vapor saturados:
E calcular o volume específico inicial, já que temos o título:
Dá pra calcular o volume inicial, né:
Vamos aproveitar e pegar os valores da entalpia específica:
E calcular a entalpia específica inicial:
Passo 4
No estado final, que está a 300 K, temos nitrogênio superaquecido. Então olhamos na tabela B.6.2..
Hummmm... mas pra olhar nessa tabela a gente precisa da pressão. Bom... como o pistão é solto, então a pressão é constante, né...
E a pressão no início é só ver lá na outra tabela:
Voltando então pro superaquecido... vamos precisar interpolar entre 600 kPa e 800 kPa.
Pra achar o volume específico:
E já dá pra calcular o volume final, né (porque a massa é constante):
Pra achar a entalpia, na tabela também e interpolando:
Passo 5
Lembrandooo que:
Resolvendo pra achar o calor: