Um quilograma de ar em um conjunto cilindro-pistão passa por dois processos em série a partir de um estado inicial em que p1 = 0,5 MPa e T1 = 227°C:

Processo 1-2: expansão a temperatura constante até que o volume seja duas vezes o volume inicial.

Processo 2-3: aquecimento a volume constante até que a pressão seja novamente 0,5 MPa.

Esboce os dois processos em série em um diagrama p–υ. Considerando comportamento de gás ideal, determine (a) a pressão no estado 2, em MPa, (b) a temperatura no estado 3, em °C, e para cada um dos processos, e (c) o trabalho e o calor transferido, ambos em kJ.

Mostrando os dois processos no diagrama

Aqui, o processo 1-2 é uma expansão isentrópica e 2-3 é uma adição de calor a volume constante.

a) Calculando a pressão no estado 2 usando a expansão isentrópica entre os estados 1 e 2

b) Calculando a temperatura no estado 3 usando a adição de calor no processo 2-3

c) Calculando o trabalho feito no processo isotérmico 1-2

No caso de um processo isotérmico, a temperatura permanece constante e não há mudança na energia interna. Então, temos que

O processo 2-3 é um processo a volume constante, e não há trabalho feito

A transferência de calor durante o processo 2-3 é dada por

Pegando os calores de energia interna nas respectivas temperaturas para ar como gás ideal

Agora temos que