Questão 1) (valor 5,0pto) Um conjunto cilindro-pistão contém 1 litro de líquido saturado de R-410a, a 20^circ C. A posição do pistão é alterada vagarosamente até que a pressão interna se torne igual a 400 kPa . Admitindo que o processo de expansão seja isotérmico e reversível, determine
(b) Os diagramas de pressão x volume específico e Temperatura x entropia. (3,0 pto)

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um cilindro com pistão que contém 1 litro de R-410a líquido saturado a 20°C. O pistão é movido lentamente até a pressão interna chegar a 400 kPa. O processo é isotérmico (temperatura constante) e reversível. Nosso objetivo aqui é desenhar dois diagramas: um de pressão versus volume específico (P vs. v) e outro de temperatura versus entropia (T vs. s). Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre processos termodinâmicos e como eles se comportam nesses diagramas.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que significa um processo isotérmico e reversível. “Isotérmico” quer dizer que a temperatura do sistema permanece constante durante todo o processo. “Reversível” significa que o processo ocorre de maneira tão lenta e controlada que o sistema pode voltar ao estado inicial sem perdas de energia.

Passo 3

Vamos começar pelo diagrama P vs. v (Pressão vs. Volume específico). Como o processo é isotérmico, a temperatura não muda. Para gases ideais, sabemos que a relação entre pressão § e volume (v) a temperatura constante é dada pela equação de Boyle:
P cdot v = constante
Isso resulta em uma curva hiperbólica no gráfico P vs. v. Embora o R-410a seja um gás real e não ideal, essa relação ainda nos dá uma boa aproximação para o comportamento do sistema.

Passo 4

No diagrama P vs. v, começamos com o líquido saturado a 20°C. O volume específico do líquido saturado é relativamente pequeno. Conforme o pistão se move para expandir o gás, o volume específico aumenta e a pressão diminui, mantendo a temperatura constante. A curva resultante será uma hipérbole descendente, mostrando que, à medida que o volume aumenta, a pressão diminui proporcionalmente.

Passo 5

Agora, vamos para o diagrama T vs. s (Temperatura vs. Entropia). Neste caso, a temperatura permanece constante (isotérmico). A entropia (s) da substância pode mudar durante o processo. Em uma expansão reversível isotérmica, a entropia aumenta devido à absorção de calor pelo sistema.

Passo 6

No diagrama T vs. s, como a temperatura é constante, teremos uma linha horizontal. No entanto, a entropia aumenta à medida que o sistema absorve calor para manter a temperatura constante durante a expansão. Assim, a linha representará um aumento na entropia ao longo do processo.

Resposta

Portanto, para o processo isotérmico e reversível descrito:
(a) No diagrama de pressão vs. volume específico (P vs. v), teremos uma curva hiperbólica descendente, indicando que, conforme o volume específico aumenta, a pressão diminui mantendo a temperatura constante.
(b) No diagrama de temperatura vs. entropia (T vs. s), teremos uma linha horizontal que representa a temperatura constante de 20°C, com a entropia aumentando ao longo do processo devido à absorção de calor.

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