Um conjunto cilindro-pistão equipado com um agitador girando devagar de modo constante contém 0,13 kg de ar, inicialmente a 300 K. O ar passa por um processo a pressão constante até uma temperatura final de 400 K. Durante o processo, a energia é gradualmente transferida para o ar por transferência de calor na quantidade de 12 kJ. Admitindo que o ar se comporta como um gás ideal com k = 1,4 e que os efeitos das energias cinética e potencial são desprezíveis, determine o trabalho realizado (a) pelo agitador sobre o ar e (b) para o ar deslocar o pistão, ambos em kJ.

a) Considerando as propriedades dadas da Tabela A-22 “Propriedades do Ar com Gás Ideal”

Escrevendo o balanço de energia para o sistema

Ignorando os efeitos de energia cinética e potencial

Aqui, a massa do ar é , a transferência de calor é e o trabalho feito é .

Considerando a relação entre o volume e a temperatura para um processo à pressão constante

Aqui, o volume final do ar dentro do sistema é , o volume inicial do ar dentro do sistema é , a temperatura inicial do ar é e a temperatura final do ar é .

b) Calculando o trabalho feito pelo ar no sistema

Calculando o trabalho feito pela pá

O sinal negativo indica que o trabalho é feito pela pá no ar.