Um tanque rígido contém
de vapor saturado de amônia a
. O tanque é resfriado para
, trocando calor com o ambiente. Quais são as duas propriedades que definem o estado final? Determine a quantidade de trabalho e calor transferidos durante o processo.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um tanque rígido contendo 0,75 kg de vapor saturado de amônia a 70°C. Esse tanque é resfriado para 20°C, trocando calor com o ambiente. Precisamos descobrir duas coisas:
- Quais são as duas propriedades que definem o estado final do sistema.
- Determinar a quantidade de trabalho e calor transferidos durante esse processo.
Para resolver isso, vamos precisar entender alguns conceitos de termodinâmica, como propriedades termodinâmicas (por exemplo, pressão, volume, temperatura, entalpia, etc.), primeiro e segundo princípios da termodinâmica, e como eles se aplicam a sistemas fechados.
Passo 2
Primeiro, como o tanque é rígido, isso significa que o volume do sistema não muda durante o processo. Então, o volume
é uma propriedade constante. Isso já nos dá uma pista de que o volume será uma das duas propriedades que definem o estado final.
Passo 3
A outra propriedade que precisamos para definir o estado final é a temperatura, que depois do resfriamento será de 20°C. Então, as duas propriedades que definem o estado final são o volume
e a temperatura
.
Passo 4
Agora, vamos determinar a quantidade de trabalho e calor transferidos. Como o volume é constante (tanque rígido), não há trabalho de expansão ou compressão realizado pelo sistema. Matemáticamente, o trabalho
realizado é:
Onde
é a pressão e
é a variação do volume. Mas
porque o volume não muda, então
.
Passo 5
Com o trabalho sendo zero, todo o calor trocado com o ambiente vai mudar a energia interna do sistema. Podemos usar a primeira lei da termodinâmica, que diz:
Como
, temos:
Então, o calor
trocado é igual à variação da energia interna
.
Passo 6
Para encontrar
, precisamos saber a energia interna inicial e final do vapor de amônia. Podemos encontrar esses valores nas tabelas de propriedade da amônia para as condições dadas.
Supondo que temos essas tabelas (ou usando relações de idealidade se apropriado), calculamos
.
Passo 7
Resumindo:
- Propriedades que definem o estado final: Volume
e Temperatura . - Trabalho transferido:
J (já que o volume não muda). - Calor transferido:
(variação da energia interna, que pode ser calculada a partir das propriedades termodinâmicas da amônia nas condições final e inicial).
Resposta
As duas propriedades que definem o estado final são o volume
e a temperatura
. Durante o processo, não há trabalho transferido (
J) e o calor transferido é igual à variação da energia interna do sistema (
).