Um gás percorre um ciclo termodinâmico que consiste em três processos:
Processo 1-2: volume constante,
Processo 2-3: expansão com
constante,
Processo 3-1: pressão constante,
bar,
Não há variações significativas na energia cinética ou potencial.
(a) Esboce o ciclo num diagrama
.
(b) Calcule o trabalho líquido para o ciclo, em kJ.
(c) Calcule a transferência de calor para o processo 2-3.
(d) Calcule a transferência de calor para o processo 3-1.
Este é um ciclo de potência ou de refrigeração?
(R.
)
Processo 2-3: expansão com
Processo 3-1: pressão constante,
Não há variações significativas na energia cinética ou potencial.
(a) Esboce o ciclo num diagrama
(b) Calcule o trabalho líquido para o ciclo, em kJ.
(c) Calcule a transferência de calor para o processo 2-3.
(d) Calcule a transferência de calor para o processo 3-1.
(R.
Passo 1
O ciclo termodinâmico consiste em três processos sequenciais sobre um gás ideal, sem mudança significativa de energia cinética ou potencial:
1–2: volume constante , com
.
2–3: expansão de equação , com
.
3–1: pressão constante , com trabalho
.
Vamos aplicar a primeira lei e a definição de trabalho
.
1–2: volume constante
2–3: expansão de equação
3–1: pressão constante
Vamos aplicar a primeira lei
Passo 2
Esboço qualitativo no diagrama
-
:
Processo 1–2: linha vertical de a
.
Processo 2–3: curva hiperbólica de a
obedecendo
.
Processo 3–1: linha horizontal de a
em
.
Processo 1–2: linha vertical de
Processo 2–3: curva hiperbólica de
Processo 3–1: linha horizontal de
Passo 3
No processo 3–1,
Em 2–3 vale
e
, então
Passo 4
Trabalhos em cada etapa:
– 1–2: (volume constante).
– 2–3: com ,
– 1–2:
– 2–3: com
– 3–1:
(dado).
Logo o trabalho líquido é
Logo o trabalho líquido é
Passo 5
Transferências de calor e classificação:
– Em 2–3, , logo
– Em 2–3,
– Em 3–1,
, logo
Como
, o ciclo produz trabalho e, portanto, é um ciclo de potência.
Resposta
(a) Esboço qualitativo: linha vertical 1–2 em
, curva hiperbólica 2–3 obedecendo
const e linha horizontal 3–1 em
.
(b) .
(c) .
(d) .
É um ciclo de potência.
(b)
(c)
(d)
É um ciclo de potência.