Questão 4. Em testes com uma câmara térmica usada no resfriamento de módulos embarcados, engenheiros utilizam nitrogênio (
) a 150 kPa e
, com volume inicial de 0,1
. O gás é comprimido até 1 MPa e
por um pistão móvel. Durante o processo, ocorre perda de calor, e o trabalho realizado sobre o gás é de 20 kJ . Determine o calor transferido no processo.
Passo 1
O enunciado trata de um gás nitrogênio em um processo de compressão por pistão móvel. Conhecemos o estado inicial:
,
(ou
),
e o estado final: ,
(ou
).
Sabemos que o trabalho realizado sobre o gás é e há perda de calor.
Vamos usar:
e o estado final:
Sabemos que o trabalho realizado sobre o gás é
Vamos usar:
- Equação de estado do gás ideal para achar a massa;
- Variação de energia interna
; - Primeira lei na forma
.
Passo 2
Calcular a massa
do nitrogênio usando
Substituindo
,
,
e
,
Passo 3
Calcular a variação de energia interna do gás:
com
e
. Logo,
Passo 4
Aplicar a primeira lei:
,
onde é o calor recebido pelo gás e
o trabalho sobre o gás (
).
Rearranjando,
onde
Rearranjando,
Resposta
O calor transferido no processo é
(ou seja, o gás perdeu cerca de
de calor).