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, é mantida a volume constante até que sua temperatura caia para 2500F.
A substância, confinada em um cilindro dotado de um pistão móvel sem atrito, é mantida a volume constante até que sua temperatura caia para 2500F.
Passo 1
O enunciado descreve uma substância num sistema fechado (cilindro com pistão móvel sem atrito) que sofre resfriamento de
até
mantendo o volume constante. Vamos usar a Primeira Lei da Termodinâmica para sistemas fechados, que estabelece o balanço de energia entre calor, trabalho e variação da energia interna.
Passo 2
A forma geral da Primeira Lei para sistema fechado é
em que
,
é o calor trocado e
o trabalho realizado pelo sistema.
Passo 3
Para este problema podemos simplificar:
- As variações de energia cinética (
) e potencial ( ) são desprezíveis. - O único trabalho é o trabalho de fronteira
, mas como o volume é constante ( ), temos .
Portanto,e .
Passo 4
Substituindo as simplificações em
, obtemos
Passo 5
Expressando em base de massa (1 lbm):
em que
é o calor específico trocado por unidade de massa,
e
são as energias internas específicas nos estados inicial e final.