Um dispositivo cilindro-êmbolo contém 50 g de vapor de água saturado, mantido à pressão constante de 400 kPa . Liga-se uma resistência elétrica no interior, fazendo passar
durante 5 min com uma tensão de 220 V . Ao mesmo tempo, ocorre uma perda de calor de 3 kJ . a) Mostre que, para um sistema fechado o trabalho de fronteira
e a variação de energia interna podem ser combinados num único termo para um processo a pressào constante, b) determine a temperatura final do vapor. ( 3,0 pontos)
Passo 1
O enunciado descreve um cilindro-êmbolo contendo
de vapor de água saturado à pressão constante
. Liga-se uma resistência elétrica que fornece corrente
sob tensão
durante
, e há perda de calor de
. O conteúdo necessário é a 1ª Lei da Termodinâmica para sistema fechado, a definição de trabalho de fronteira e entalpia, e uso de tabelas de vapor.
Passo 2
A 1ª Lei para sistema fechado é
onde o trabalho de fronteira é
Em processo a pressão constante (
constante),
logo
Passo 3
Por definição de entalpia
, tem-se
Portanto, em processo isobárico
Passo 4
Calcula-se a energia elétrica fornecida:
Descontando a perda de
, o calor líquido absorvido pelo vapor é
Passo 5
Como
com
, precisamos de
. A vapor saturado a
tem entalpia
Passo 6
Isolando
:
Passo 7
Na tabela de vapor sobreaquecido a
, busca-se
que satisfaça
. Entre
e
, por interpolação obtém-se
Resposta
Parte (a)
ou seja, em processo isobárico
.
Parte (b)