Enunciado

Mostre que, para um gás ideal, overset(-)(c_P) = overset(-)(c_V) + R_u .

Passo 1

Vamos considerar um gás ideal. Pela definição da equação dos gases ideais, temos:

P nu = R T

Pela definição de entalpia:

h = u + P nu

Substituindo a primeira equação na segunda, chegamos a:

h = u + R T

Como R é uma constante e u = u ( T ) é uma função apenas da temperatura para gases ideais, então h = h ( T ) também é função apenas da temperatura.

Portanto, se u e h dependem apenas da temperatura, então c_P e c_V e podemos relacioná-los em forma de diferenciais ordinárias:

d u = c_V ( T ) d T

d h = c_P ( T ) d T

Passo 2

Olhando novamente para a relação entre entalpia e temperatura para um gás ideal que obtivemos no passo anterior, podemos diferenciá-la de ambos os lados:

h = u + R T -> d h = d u + R d T

Substituindo as relações de d u e c_V e d h e c_P que definimos no passo anterior, temos:

c_P d T = c_V d T + R d T

Dividindo ambos os lados por d T , obtemos:

c_P = c_V + R

Resposta

No entanto, note que a relação que obtivemos até aqui está em base mássica. Para mudar para a base molar, multiplicamos pela massa molar M do gás a ambos os lados da equação:

M c_P = M c_V + M R

E, por fim, substituímos pela nova nomenclatura:

overset(-)(c_P) = overset(-)(c_V) + R_u

Sendo overset(-)(c_P) e overset(-)(c_V) os calores específicos em base molar e R_u a constante universal dos gases reais, todos em kJ/kmol.K.

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