Enunciado

Quatro quilogramas de monóxido de carbono estão contidos em um tanque rígido com um volume de 1m³. O tanque está equipado com um agitador que transfere energia para o monóxido a uma taxa constante de 14 W por 1 h. Durante o processo, a energia interna específica do monóxido de carbono aumenta de 10 kJ/kg. Se não houver variação nas energias cinética e potencial, determine

  1. O volume específico no estado final, em m/kg
  2. A transferência de energia através de trabalho, em kJ
  3. A transferência de energia de através de calor, em kJ, e o sentido do calor transferido

Passo 1

Falaaa pessoal, como vocês estão? Bom, bora pra mais uma questão desse assunto!

Pra resolver essa questão, vamos assumir que se trata de um sistema fechado e que para o sistema Q=0 e não há mudanças na energia cinética e potencial. Além disso, consideraremos que os estados inicial e final são equilibrados estaticamente.

Primeiro, vamos ter que desde que a massa e o volume são constantes, o volume específico nos estados 1 e 2 são V2=V1. Logo, temos que:

v 2 = V m = 0,6 2 = 0,3   m 3 / k g

Para encontrar o valor do trabalho, iremos integrar da seguinte forma:

W = ∫ 0 1 h W d t = ∫ 0 1 h - 10 W   d t = ( - 10 ) ( 1 h )

A taxa de transferência de calor pode ser encontrada usando o balanço energético. Primeiro, a gente pode encontrar o trabalho com a seguinte equação:

W = ∫ v 1 v 2 ρ d v = ∫ v 1 v 2 c o n s t . / v 1 - 2     d v 1 1 3600 1 1 10 3 = - 36   k J

Por último, a mudança na energia interna específica pode ser encontrada fazendo balanço energético, de onde tiramos que:

∆ U = - W = m ∆ u

Ou seja:

u 2 - u 1 = - W m = - - 36   k J 2   k g = 18 k J k g

Resposta

v 2 = 0,3   m 3 / k g

W = - 36   k J

u 2 - u 1 = 18 k J k g

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