Enunciado

Desenvolva expressões para h , u ,   s ° , P r e ν r para um gás ideal cujo c p ° é dado por

c p ° = ∑ a i ln ⁡ T T r i - n

onde a i ,   n e T r são constantes empíricas.

Passo 1

Pessoal, vamos fazer uma mudança de variável aqui. Sendo x = ln ⁡ T T r , a entalpia dessa substância relativa é dada por:

h = ∫ T r e f T c p d T = ∑ a i ∫ x r e f x x i - n e x d x

h = ∑ a i e x x i - n - i - n x i - n - 1 + i - n i - n - 1 x i - n - 2 - … + - 1 i - n i - n ! - x r e f i - n + i - n x r e f i - n - 1 - i - n i - n - 1 x r e f i - n - 2 + … - - 1 i - n i - n !

Similarmente, s 0 é igual a:

s 0 = ∫ T r e f T c p T d T = ∑ a i T r ∫ x r e f x x i - n e 2 x d x

s 0 = ∑ a i e 2 x 2 i - n   [ 2 x i - n - i - n 2 x i - n - 1 + ( i - n ) ( i - n - 1 ) 2 x i - n - 2 - … + - 1 i - n i - n ! - 2 x r e f i - n + i - n 2 x r e f i - n - 1 - i - n i - n - 1 2 x r e f i - n - 2 + … - - 1 i - n i - n ! ]

Com esses dois resultados, podemos escrever:

u = h - P ν

P r = e s 0 R

De acordo com a forma d u da equação de Gibbs,

d u T = - R d ν ν

Observando que para gases ideais, c ν = c p - R e d u = c ν d T , essa expressão é reduzida para:

c p - R d T T = - R d ν ν

Quando essa equação é integrada entre os estados atual e de referência, o resultado é:

∫ c p d T T - R ln ⁡ T T r e f = - R ln ⁡ ν ν r e f

Resolvendo para a proporção do volume específico:

ν ν r e f = e - s 0 - R T - T r e f R

A proporção de volume específico nos dois estados que tem a mesma entropia é:

ν ν r e f = e - s 2 0 - s 1 0 - R T 2 - T 1 R

A inspeção desse resultado nos dá:

ν r = e - s 0 - R T R

Resposta

h = ∑ a i e x x i - n - i - n x i - n - 1 + i - n i - n - 1 x i - n - 2 - … + - 1 i - n i - n ! - x r e f i - n + i - n x r e f i - n - 1 - i - n i - n - 1 x r e f i - n - 2 + … - - 1 i - n i - n !

u = h - P ν

s 0 = ∑ a i e 2 x 2 i - n   [ 2 x i - n - i - n 2 x i - n - 1 + ( i - n ) ( i - n - 1 ) 2 x i - n - 2 - … + - 1 i - n i - n ! - 2 x r e f i - n + i - n 2 x r e f i - n - 1 - i - n i - n - 1 2 x r e f i - n - 2 + … - - 1 i - n i - n ! ]

ν r = e - s 0 - R T R

P r = e s 0 R

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