( 3,0 pts.) Um arranjo pistão-cilindro contém 400 L de ar a 150 KPa e
. O ar sofrerá um aquecimento através de um processo reversivel conduzido em duas etapas: a primeira, a volume constante, na qual a pressão será elevada até 350 KPa ; a segunda etapa será conduzida a pressão constante, sendo que o volume final ocupado pelo ar será igual ao dobro do volume inicial. Considerando que as capacidades calorificas do ar sejam constantes e iguais a
e
, e que
, calcule
,
e
para o processo em questão. Nessas condiçōes, para o ar, PV/T pode ser considerado uma constante.
Passo 1
O enunciado descreve um pistão-cilindro com ar ideal, initialmente em
,
e
. O aquecimento é reversível em duas etapas:
- Volume constante até
. - Pressão constante em
até .
Como o ar pode ser tratado como gás ideal com, e sabe-se que igual a , vamos calcular , , e de cada etapa e depois o total.
Passo 2
Determinar o número de mols de ar no cilindro usando
Passo 3
Etapa 1 (volume constante):
Como é constante,
. A pressão sobe de
a
, logo a temperatura final desta etapa é
Como
O calor trocado é
Como
, tem-se
Passo 4
Etapa 2 (pressão constante
):
O volume vai de a
, então
O volume vai de
O trabalho é
O calor trocado e as variações de energia interna e entalpia são
Passo 5
Somando as duas etapas: