Questão 1 ( 2,5 pontos)-Um dispositivo pistão-cilindro contém inicialmente 0,8 m^3 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) (0,5 ponto) O trabalho feito durante este processo; RESPOSTA:

Passo 1

Então, a gente tem um dispositivo pistão-cilindro que inicialmente contém W = P cdot De 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 ( De). 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:
W = P cdot De
Substituindo os valores:
W = 300 kPa times 0,8 m^3

Passo 4

Vamos calcular o valor numérico:
W = 240 kJ
Lembrando que .

Resposta

O trabalho feito durante o processo é de 240 kJ.

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