Enunciado

Uma amostra de ar é comprimida do estado inicial ( p = 125   k P a e T = 325   K ) até o estado final onde a temperatura é igual a 500   K . Sabendo que a compressão é politrópica, determine o expoente n relativo ao processo e o trabalho específico associado ao processo.

Passo 1

Beleza pessoal? Bora resolver mais uma comigo.

Seguinte temos uma compressão isotrópica e temos que determinar o expoente n e o trabalho desse processo.

Primeiramente vamos determinar o nosso expoente n pois, dependendo do valor dele utilizaremos fórmulas diferentes para calcular o trabalho.

Passo 2

Galera temos uma relação quando se trata de processos isotrópicos, que é a seguinte:

P V n = c o n s t a n t e = P 1 V 1 n = P 2 V 2 n

P 1 V 1 n = P 2 V 2 n

Essa relação será responsável em nos ajudar a determinar o nosso n , o único problema é que temos que determinar os volumes antes disso.

Passo 3

Para determinar os volumes teremos que assumir que o nosso ar é um gás ideal, a equação do gás ideal é:

P v = R T

E para cada estado temos todas as variáveis para determinar o volume. Olhando na tabela A . 5 temos que R = 0,287 k J k g K

Para o estado inicial:

v 1 = R T 1 P 1

v 1 = 0,287 ∙ 325 125 = 0,7463 m 3 k g

Para o estado final:

v 2 = R T 2 P 2

v 2 = 0,287 ∙ 500 300 = 0,47833 m 3 k g

Passo 4

Volumes calculados, vamos determinar o nosso expoente:

P 1 v 1 n = P 2 v 2 n

P 1 P 2 = v 2 n v 1 n

P 1 P 2 = v 2   v 1   n

Aplicando l n nos dois lados, temos:

P 1 P 2 = v 2   v 1   n

ln ⁡ P 1 P 2 = n   l n v 2   v 1    

Isolando n :

n = ln ⁡ P 1 P 2   l n V 2   V 1    

Substituindo valores:

n = ln ⁡ 125 300   l n 0,47833 0,7463  

n = 1,969

Passo 5

Para calcular o trabalho utilizaremos a fórmula para n ≠ 1 :

W = P 2 v 2 - P 1 v 1 1 - n

W = P 2 v 2 - P 1 v 1 1 - n

W = 300 ∙ 0,47833 - 125 ∙ 0,7463 1 -   1,969 = - 51,81 k J k g

É isso galera, valeu.

Resposta

W = - 51,81 k J k g

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