Questão 1 ( 2,5 pontos)-Um dispositivo pistão-cilindro contém inicialmente
de vapor de água saturado a 250 kPa . Neste estado, o pistão fica apoiado em um conjunto de batentes, e a massa do pistão é tal que uma pressão de 300 kPa é necessária para movêlo. O calor é agora transferido lentamente para o vapor até que o volume dobre. Determine:
c)
ponto) O trabalho feito durante este processo; RESPOSTA:
c)
Passo 1
Então, a gente tem um dispositivo pistão-cilindro que inicialmente contém
de vapor de água saturado a uma pressão de 250 kPa. A pressão necessária para mover o pistão é de 300 kPa. A gente vai transferir calor lentamente para o vapor até que o volume dobre, ou seja, chegue a
. A gente precisa encontrar o trabalho feito durante esse processo.
Vamos precisar entender como calcular o trabalho em processos envolvendo pistões e variações de volume. A fórmula básica que vamos usar é:
onde:
-
é o trabalho feito, -
é a pressão constante, -
é a variação de volume.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a variação de volume (
). Sabemos que o volume inicial (
) é
, e o volume final (
) é o dobro disso:
Passo 3
Agora, vamos usar a pressão constante necessária para mover o pistão, que é 300 kPa. Com a variação de volume calculada, podemos aplicar a fórmula do trabalho:
Substituindo os valores:
Passo 4
Vamos calcular o valor numérico:
Lembrando que
.
Resposta
O trabalho feito durante o processo é de 240 kJ.