Considere um ciclo (estado inicial e final iguais) constituído por dois processos adiabáticos (1-2 e 3-4) intercalados por um processo isobárico (2-3) e um processo isovolumétrico (4-1).
b-) Descreva o que em cada etapa, em termos de trabalho, calor e variação de energia interna. Indique no diagrama
as etapas em que há entrada e saída de calor. Façam uma tabela para representar o sinal de cada uma destas três grandezas, nas quatro etapas do ciclo.
b-) Descreva o que em cada etapa, em termos de trabalho, calor e variação de energia interna. Indique no diagrama
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me enviou um exercício sobre um ciclo termodinâmico que tem quatro processos: dois adiabáticos (1-2 e 3-4), um isobárico (2-3) e um isovolumétrico (4-1). A gente vai analisar cada etapa em termos de trabalho, calor e variação de energia interna. Para isso, vamos precisar entender o que cada tipo de processo significa e como eles se comportam no diagrama
(pressão vs. volume).
Passo 2
Processo 1-2: Adiabático
Primeiro, um processo adiabático não troca calor com o ambiente, ou seja,
. Isso significa que qualquer trabalho realizado vai alterar a energia interna do sistema.
- Trabalho (
): Como o volume muda, há trabalho feito. Se o sistema está comprimindo, o trabalho é positivo; se está expandindo, é negativo. - Calor (
): - Variação de Energia Interna (
): Igual ao trabalho, já que . Então,
Passo 3
Processo 2-3: Isobárico
Agora, um processo isobárico mantém a pressão constante. Aqui, tanto calor quanto trabalho estão envolvidos.
- Trabalho (
): Como a pressão é constante, - Calor (
): Pode entrar ou sair dependendo se o sistema está absorvendo ou liberando calor. - Variação de Energia Interna (
): Relacionada ao calor e trabalho pelo primeiro princípio da termodinâmica:
Passo 4
Processo 3-4: Adiabático
Voltamos a um processo adiabático, então novamente
.
- Trabalho (
): Ocorre devido à mudança de volume. - Calor (
): - Variação de Energia Interna (
): Igual ao trabalho:
Passo 5
Processo 4-1: Isovolumétrico
No processo isovolumétrico, o volume permanece constante. Aqui, não há trabalho realizado porque
.
- Trabalho (
): - Calor (
): Toda a troca de energia é em forma de calor. - Variação de Energia Interna (
): Igual ao calor:
Resposta
Abaixo está a tabela que resume os sinais de trabalho (
), calor (
) e variação de energia interna (
) para cada etapa do ciclo:
Processo | Trabalho (
|
Calor (
|
Variação de Energia Interna (
|
---|---|---|---|
1-2 |
|
|
|
2-3 |
|
|
|
3-4 |
|
|
|
4-1 |
|
|
|
No diagrama
, as etapas onde há entrada de calor são os processos 2-3 (isobárico) e 4-1 (isovolumétrico). As etapas onde há saída de calor dependem das direções dos processos, mas geralmente, nos adiabáticos 1-2 e 3-4, não há troca de calor.