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 p-v 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.

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 p-v (pressão vs. volume).

Passo 2

Processo 1-2: Adiabático
Primeiro, um processo adiabático não troca calor com o ambiente, ou seja, Q = 0. Isso significa que qualquer trabalho realizado vai alterar a energia interna do sistema.
  • Trabalho ( W): Como o volume muda, há trabalho feito. Se o sistema está comprimindo, o trabalho é positivo; se está expandindo, é negativo.
  • Calor ( Q): Q = 0
  • Variação de Energia Interna ( De): Igual ao trabalho, já que Q = 0. Então, De

Passo 3

Processo 2-3: Isobárico
Agora, um processo isobárico mantém a pressão constante. Aqui, tanto calor quanto trabalho estão envolvidos.
  • Trabalho ( W): Como a pressão é constante, W = P De
  • Calor ( Q): Pode entrar ou sair dependendo se o sistema está absorvendo ou liberando calor.
  • Variação de Energia Interna ( De): Relacionada ao calor e trabalho pelo primeiro princípio da termodinâmica: De

Passo 4

Processo 3-4: Adiabático
Voltamos a um processo adiabático, então novamente Q = 0.
  • Trabalho ( W): Ocorre devido à mudança de volume.
  • Calor ( Q): Q = 0
  • Variação de Energia Interna ( De): Igual ao trabalho: De

Passo 5

Processo 4-1: Isovolumétrico
No processo isovolumétrico, o volume permanece constante. Aqui, não há trabalho realizado porque W = 0.
  • Trabalho ( W): W = 0
  • Calor ( Q): Toda a troca de energia é em forma de calor.
  • Variação de Energia Interna ( De): Igual ao calor: De

Resposta

Abaixo está a tabela que resume os sinais de trabalho ( W), calor ( Q) e variação de energia interna ( De) para cada etapa do ciclo:
Processo Trabalho ( W) Calor ( Q) Variação de Energia Interna ( De)
1-2 W < 0 (expansão) ou W > 0 (compressão) Q = 0 De
2-3 W > 0 (expansão) ou W < 0 (compressão) Q > 0 (entrada) ou Q < 0 (saída) De
3-4 W < 0 (expansão) ou W > 0 (compressão) Q = 0 De
4-1 W = 0 Q > 0 (entrada) ou Q < 0 (saída) De
No diagrama p-v, 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.

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