Escreva os balanços de energia adequadamente simplificados para os processos listados a seguir. Em cada caso, a quantidade de material a ser utilizado como base de cálculo corresponde a 1 lb e a condição inicial é 100 psia e 370야:
A substância, confinada em um cilindro dotado de um pistão móvel sem atrito, expande-se a pressão constante até que sua temperatura se eleve para 550야.

Passo 1

O enunciado descreve um sistema fechado (massa fixa de 1 lb) dentro de um cilindro com pistão móvel sem atrito. O estado inicial é P_{1}=100 psia e T_{1}=370^\circF. O processo é expansão a pressão constante até T_{2}=550^\circF. Vamos usar a 1ª lei da termodinâmica para sistema fechado, desprezando energia cinética e potencial.

Passo 2

A 1ª lei da termodinâmica para sistema fechado diz
\Delta E = Q - W
onde
E = U + KE + PE.

Passo 3

Desprezando variações de energia cinética ( KE) e potencial ( PE), fica
\Delta U = Q - W_{b}
sendo W_{b} o trabalho de fronteira (boundary work).

Passo 4

Como a pressão é constante, o trabalho de fronteira é
W_{b} = \int_{1}^{2}P\,dV = P\,(V_{2}-V_{1}).
Logo,
\Delta U = Q - P\,(V_{2}-V_{1}).

Passo 5

Podemos reescrever em termos de entalpia \displaystyle H=U+PV. Para pressão constante vale
\Delta H \;=\;\Delta U + P\,\Delta V
então
Q = \Delta U + P\,\Delta V = \Delta H = H_{2}-H_{1}.

Resposta

\boxed{ \begin{aligned} \Delta U &= Q - P\,(V_{2}-V_{1}),\\\ Q &= H_{2}-H_{1}. \end{aligned} }

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