Considere conjunto cilindro-pistão mostrado na Fig. P4.68. O conjunto contém 1   k g de água. Inicialmente, a temperatura da água é 20   ° C e o pistão repousa sobre os esbarros fixados na parede do cilindro. Nesta condição, o volume interno do conjunto é igual de 0.1   m 3 . A pressão interna necessária para que o pistão inicie o movimento é igual a 400   k P a . Determine a temperatura da água no instante em que o pistão inicia seu movimento. Se realizarmos um processo de aquecimento que termina quando a água estiver no estado de vapor saturado, determine a temperatura e o volume no estado final. Determine, também, o realizado durante o processo.

Passo 1

Oi pessoal, tudo bem? Vamos à análise.

O primeiro a se fazer é anotar os dados do enunciado. Temos que:

  • Massa da água: m = 1   k g ;
  • Temperatura inicial: T 1 = 20 ° C ;
  • Volume inicial: V 1 = 0,1   m 3 ;
  • Pressão no segundo estado: P 2 = 400   k P a ;

Lembrando que nós temos dois momentos a serem analisados. O primeiro momento é o de repouso, e o segundo momento corresponde ao estado de movimentação do pistão.

A partir dos dados podemos encontrar o volume específico do material. Temos que:

v 1 = V 1 m

v 1 = 0,1 1

v 1 = 0,1   m 3 / k g

Passo 2

Agora podemos interpolar das tabelas e descobrir os valores saturados de temperatura e volume específico.

A partir da tabela, temos que, para P 2 = 400   k P a , os seguintes dados de temperatura e volume específico.

Temos que:

v 2 = 0,46246   m 3 / k g

T 2 = 143,63 ° C

Agora q encontramos o volume específico no segundo estado, podemos encontrar o volume final da câmara.

V 2 = m ⋅ v 2

V 2 = 1 × 0,46246

V 2 = 0.46246   m 3

Passo 3

Sabemos que o trabalho pode ser encontrado a partir da seguinte equação:

W = P 2 V 2 - V 1

Substituindo os valores, temos que:

W = 400 0,46246 - 0,1

Resolvendo, temos que:

W = 144,984   k J

Resposta

T 2 = 143,63 ° C

V 2 = 0.46246   m 3

W = 144,984   k J

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