Exercício 39 (reescrito)
Um dispositivo do tipo êmbolo-cilindro contém
de vapor de água, inicialmente a
. O vapor é submetido a uma compressão isotérmica, mecanicamente reversível, até atingir uma pressão final na qual ele se torna vapor saturado.
Determine o calor transferido (Q) e o trabalho realizado (W) durante esse processo.
Passo 1
O enunciado dá um êmbolo–cilindro contendo
de vapor de água inicialmente em
e
. O vapor é comprimido isotermicamente e reversivelmente até que, na mesma temperatura, se torne vapor saturado (ou seja, atinja a pressão de saturação a
).
Conteúdo: processo isotérmico reversível de gás (vapor) ideal. Vamos usar a equação
Conteúdo: processo isotérmico reversível de gás (vapor) ideal. Vamos usar a equação
e, para gás ideal,
, além de inferir que
em processo isotérmico.
Passo 2
Determinar a pressão de saturação a
. Pela tabela de vapor,
Como é isotérmico,
constante e o vapor se comporta como gás ideal com
. Portanto,
Passo 3
Calcular o trabalho realizado pelo sistema (
, positivo se trabalho feito pelo gás; aqui será negativo por ser compressão):
Avaliação numérica:
Passo 4
Em processo isotérmico de gás ideal,
, logo pela primeira lei
Portanto o calor trocado é igual ao trabalho (e negativo, indicando calor saindo do sistema).