Um tanque rígido de 100 litros contém nitrogênio
a 900 K e 3 MPa . O tanque é refrigerado até 100 K. Qual é o trabalho e o calor transferido nesse processo? (R.: 0; -690,7 kJ).
Passo 1
Beleza, vamos lá: a questão tá falando de um tanque rígido (ou seja, volume constante) de 100 L cheio de N₂ a 900 K e 3 MPa. Aí a gente resfria até 100 K e quer saber o trabalho e o calor trocado nesse rolê.
Conteúdo: primeira lei da termodinâmica para sistema fechado, gás ideal (N₂), tabela de energia interna ou calor específico variável. Vamos precisar:
Conteúdo: primeira lei da termodinâmica para sistema fechado, gás ideal (N₂), tabela de energia interna ou calor específico variável. Vamos precisar:
- Lei dos gases ideais (para achar massa).
- Primeira lei do termodinâmica (ΔU = Q – W).
- Valores de energia interna por kg (u) em 900 K e 100 K (tabela ou polinômio).
Passo 2
Calcular a massa de N₂ no tanque via PV = mRT.
Usamos:
Usamos:
Então
Passo 3
Aplicar a primeira lei para sistema fechado:
Num tanque rígido não faz trabalho de fronteira, então
. Logo
onde
e
são as energias internas específicas em 900 K e 100 K, retiradas de tabela de gás ideal (ou de polinômios de
).
Passo 4
Pegando na tabela de nitrogênio:
Então
e
Resposta
W = 0
Q = –690,7 kJ
Q = –690,7 kJ