Enunciado
Termodinâmica - Çengel - Termodinâmica - Ed: 7º - Capítulo 4.Problemas - Ex. 63
Uma massa de 1 de oxigênio é aquecida de 20 para 120 . Determine a quantidade de transferência de calor quando isso é realizado durante um (a) processo a volume constante e (b) processo isobárico.
Passo 1
A primeira etapa para resolver este problema é realizar um balanço de energia neste sistema:
O lado esquerdo da equação representa a quantidade líquida de energia transferida na forma de trabalho e calor. Já o lado direito representa a variação de energia no sistema na forma de energia potencial, energia cinética ou energia interna.
Reescrevendo a equação, temos:
Como o problema não informa nada sobre uma diferença nas energias cinética e potencial dos estados inicial e final do sistema, temos que .
Além disso, o problema afirma que o sistema é aquecido, ou seja, energia em forma de calor é adicionada ao sistema. Logo, .
Além disso, como há trabalho de fronteira no processo que sai do sistema, ou seja e .
Sendo assim, nosso balanço se torna:
Substituindo o termo do trabalho de fronteira pela sua definição como integral:
Passo 2
Para resolver a letra (a) desse problema devemos olhar o balanço obtido no passo anterior.
Como o processo é a volume constante, não há variação infinitesimal de volume, e .
Logo:
Agora podemos substituir a energia interna pela sua relação com o calor específico a volume constante:
Para calcular o valor iremos na Tabela A-2b (página 910) buscar o valor de na temperatura média:
Basta agora que se substitua as variáveis na seguinte relação:
Passo 3
Para resolver a letra (b) desse problema devemos novamente olhar o balanço obtido no Passo 1.
Como o processo é a pressão constante, o trabalho de fronteira pode ser calculado como:
Além disso, podemos reescrever a energia interna como:
Substituindo na equação de balanço:
Podemos reorganizar o lado direito da equação:
Devemos lembrar que a entalpia pode ser definida como:
Substituindo no balanço:
Agora podemos substituir a entalpia pela sua relação com o calor específico a pressão constante:
Para calcular o valor iremos na Tabela A-2b (página 910) buscar o valor de na temperatura média:
Basta agora que se substitua as variáveis na seguinte relação:
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)