Um gás em um cilindro vertical com um pistāo de massa 15 kg e diâmetro 200 mm , incialmente està a uma altura de 700 mm . A massa do gás é 8 g , inicialmente com energia interna especifica
. A pressão atmosférica no local é de 100 kPa . Uma quantidade de calor de 6 kJ é transferida lentamente do gás para o ambiente, reduzindo a altura do pistāo para 200 mm . Determine a energia interna especifica final.
Passo 1
O enunciado descreve um processo quasiestático de compressão de um gás em um cilindro com pistão, de modo que a pressão interna do gás se iguala à pressão atmosférica acrescida do peso do pistão distribuído na sua área. O conteúdo envolve a Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado e trabalho de pressão constante.
Dados: massa do pistão ,kg, diâmetro do pistão
,mm, alturas
,mm e
,mm, massa do gás
,g, energia interna específica inicial
,kJ/kg, pressão atmosférica
,kPa, calor transferido
,kJ (sai do gás). Objetivo: determinar
.
Dados: massa do pistão
Passo 2
A área do pistão é
Em equilíbrio, a pressão interna vale
Passo 3
Os volumes inicial e final do gás são
Passo 4
O trabalho realizado pelo gás (positivo quando o gás expande) é
Passo 5
Pela Primeira Lei da Termodinâmica para sistema fechado,
Como
, vem
Resposta
A energia interna específica final é aproximadamente
.