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Enunciado

Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 74

Um arranjo pistão-cilindro com mola contém 1   k g de dióxido de carbono. Esse sistema é aquecido de 100   k P a e 25   ° C para 1.000   k P a e 300   ° C . Determine o calor total transferido e o trabalho produzido por esse sistema.

Passo 1

Hey hey, vamo lá! O dióxido de carbono contido em um dispositivo de pistão-cilindro com mola é aquecido. O trabalho realizado e a transferência de calor devem ser determinados. Nós tomamos CO2 como o sistema. Este é um sistema fechado, pois nenhuma massa atravessa os limites do sistema. O balanço energético para este sistema pode ser expresso como:

E E n t r a - E S a i = Δ E s i s t e m a

Q e n t r a - W s a i = Δ U = m c v T 2 - T 1

Passo 2

Os volumes específicos iniciais e finais são,

V 1 = m R T 1 P 1 = ( 1 ) ( 0.1889 ) ( 298 ) 100 k = 0.5629   m 3

V 2 = m R T 2 P 2 = ( 1 ) ( 0.1889 ) ( 573 ) 1000 k = 0.1082

A pressão muda linearmente com o volume e o trabalho realizado é igual à área sob a linha de processo 1-2:

W s a i = A r e a = P 1 + P 2 2 ( V 2 - V 1 )

= 100 + 1000 2 0.1082 - 0.5629 m 3 = - 250.1   k J

Logo,

W e n t r a = 250.1   k J

Passo 3

Pra finalizar, usando a equação do balanço energético,

Q e n t r a = W s a i + m c v T 2 - T 1 = - 250.1 + 1 0.657 300 - 25 = - 69.4   k J

Logo,

Q s a i = 69.4   k J

Resposta

W e n t r a = 250.1   k J

Q s a i = 69.4   k J

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