Questão: Um cilindro-pistão isolado termicamente contém 2 kg de amônia inicialmente a
e 500 kPa . Um resistor elétrico dentro do cilindro fornece 600 kJ de energia elétrica ao sistema. Durante o processo, a amônia se expande até atingir uma pressão de 200 kPa e uma temperatura de
. Determine o trabalho de fronteira realizado pelo sistema durante o processo.
a) 200 kJ
b) 300 kJ
c) 400 kJ
d) 500 kJ
e) 700 kJ
a) 200 kJ
b) 300 kJ
c) 400 kJ
d) 500 kJ
e) 700 kJ
Passo 1
O enunciado descreve um cilindro-pistão termicamente isolado contendo
de amônia que passa de um estado inicial
a um estado final
. Internamente um resistor fornece
. Como é um sistema rígido apenas na massa mas não no volume, teremos trabalho de fronteira
. Vamos usar a 1.ª lei da termodinâmica para sistemas fechados e aproximar a amônia superaquecida como gás ideal para estimar
.
Passo 2
Aplicamos a 1.ª lei na forma
onde
e
é o trabalho positivo realizado pelo sistema. Rearranjando,
Passo 3
Para estimar
, tratamos a amônia como gás ideal com calor específico a volume constante aproximado por
Tomando valores médios típicos para amônia superaquecida em torno de temperatura ambiente:
resulta
Logo a variação de energia interna por unidade de massa é
Multiplicando pela massa obtemos
Passo 4
Substituindo em
,
Como o problema é de múltipla escolha e a opção mais próxima é
, adotamos essa resposta.
Resposta
c) 400 kJ