Gás
é mantido em um conjunto cilindro-pistão vertical por um pistão com 50 kg de massa e uma área de face de
. A massa de
tem 4 g .
inicialmente ocupa um volume de
e apresenta uma energia interna específica de
. A atmosfera exerce uma pressão de 100 kPa sobre o topo do pistão. Uma transferência de calor de
de magnitude ocorre lentamente do
para a vizinhança e o volume do
diminui para
. Despreze o atrito entre o pistão e a parede do cilindro. Determine a pressão e a energia interna específica final. Resp.: 1,491 bar e 262,
.
Passo 1
Temos um pistão de massa
,kg e área
,
sustentando
,g de
(sistema fechado). Inicialmente o volume do gás é
,
e a energia interna específica é
,kJ/kg. A pressão atmosférica vale
,kPa. O gás perde
,kJ (transferência lenta do
para a vizinhança) e o volume diminui para
,
.
Conteúdo: equilíbrio de forças no pistão (para achar constante) e primeira lei da termodinâmica para sistema fechado (
).
Conteúdo: equilíbrio de forças no pistão (para achar
Passo 2
Equilíbrio mecânico do pistão em repouso dá
Substituindo
,m/
,
Passo 3
O trabalho de fronteira (PV– work) ao comprimir de
para
é
Passo 4
Aplicando a primeira lei
, com
,J (calor saindo do gás) e
,J,
Como
,J,
logo a energia interna específica final é
Resposta
Pressão final:
,bar (aprox.
,bar)
Energia interna específica final: ,kJ/kg
Energia interna específica final: