Enunciado

Um conjunto cilindro – pistão contém ar. Inicialmente, o ar apresenta pressão e temperatura iguais a 400   k P a e 600   K . Detectou-se a ocorrência de um processo de expansão politrópico até o estado onde a pressão e a temperatura são iguais a 150   k P a e 400   K . Determine o expoente politrópico referente a esse processo. Calcule, também, o trabalho específico e o calor específico transferido nesse processo. Utilize o calor específico presente na Tab. A . 5 para resolver esse problema.

Passo 1

Fala galera, beleza?

Pessoal temos processo de expansão politrópico e temos que determinar o nosso expoente politrópico n , o trabalho em função da massa (trabalho específico) e o calor em função da massa (calor específico).

Pessoal para o cálculo do trabalho ele vai depender do resultado do nosso cálculo do expoente n . Pois, dependendo do valor de n estaremos utilizando fórmulas diferentes de trabalho.

Para encontrar o nosso expoente teremos que utilizar as relações p ,   v   e   T de processos politrópicos.

Passo 2

Galera partiu utilizar as relações p ,   v   e   T , Como temos pressão e temperatura, utilizaremos a seguinte relação:

P 1 P 2 = V 2 V 1 n = T 1 T 2 n n - 1

P 1 P 2 = T 1 T 2 n n - 1

Aplicando l n dos dois lados a equação:

ln ⁡ P 1 P 2 = n n - 1 ∙ ln ⁡ T 1 T 2

Isolando n :

n - 1 ∙ ln ⁡ P 1 P 2 = n ∙ ln ⁡ T 1 T 2

n ln ⁡ P 1 P 2 - ln ⁡ P 1 P 2 = n ∙ ln ⁡ T 1 T 2

n ln ⁡ P 1 P 2 - n ∙ ln ⁡ T 1 T 2 = ln ⁡ P 1 P 2

n ln ⁡ P 1 P 2 - ln ⁡ T 1 T 2 = ln ⁡ P 1 P 2

n = ln ⁡ P 1 P 2 ln ⁡ P 1 P 2 - ln ⁡ T 1 T 2

Substituindo valores:

n = ln ⁡ 400 150 ln ⁡ 400 150 - ln ⁡ 600 400

n = 1,70471

Passo 3

Pessoal para o cálculo do trabalho como n ≠ 1 temos a seguinte fórmula:

W = P 2 V 2 - P 1 V 1 1 - n

Perceba que para o cálculo do trabalho precisamos do volume de cada estado, na verdade, podemos contornar essa situação assumindo que o ar é um gás ideal, logo, podemos aplicar a fórmula do gás ideal, vem comigo:

P V = m R T

Vamos deixar o volume em função da massa, isso fara com que o nosso trabalho fique em função da massa também.

P V m = R T

P v = R T

Note que temos P v na fórmula do gás ideal, substituindo na fórmula do trabalho, fica:

W = R T 2 - R T 1 1 - n

W = R T 2 - T 1 1 - n

Olhando na tabela A . 5 temos o nosso R = 0,287 k J k g   K e substituindo valores:

W = 0,287 ∙ 400 - 6 00 1 - 1,70471

W = 81,4519 k J k g

Passo 4

Galera para o cálculo do calor transferido temos a equação da energia:

Q = m u 2 - u 1 + W

Mas o enunciado nos pede para utilizar o método em que o calor é calculado pela seguinte aproximação:

Q = m u 2 - u 1 + W ≅ m C V T 2 - T 1 + W

Olhando na tabela A . 5   temos que C V = 0,7165 k J k g   K e substituindo valores:

Q = m C V T 2 - T 1 + W

q = C V T 2 - T 1 + W

q = 0,7165 ∙ 400 - 600 + 81,4519

q = - 61,8481 k J k g

É isso galra, valeu.

Resposta

n = 1,70471

W = - 81,4519 k J k g

q = - 61,8481 k J k g

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