No Ciclo de Carnot, um gás ideal sofre quatro transformações reversíveis: duas isotérmicas (AB e CD) e duas adiabáticas (BC e DA). Durante as trans...
No Ciclo de Carnot, um gás ideal sofre quatro transformações reversíveis: duas isotérmicas (AB e CD) e duas adiabáticas (BC e DA). Durante as transformações isotérmicas, a temperatura do gás permanece constante, enquanto durante as transformações adiabáticas, não há troca de calor com o ambiente. Esse ciclo é utilizado como referência para o cálculo da eficiência máxima de uma máquina térmica, e é composto por uma expansão isotérmica (AB), uma expansão adiabática (BC), uma compressão isotérmica (CD) e uma compressão adiabática (DA). A eficiência do ciclo de Carnot é dada pela fórmula: Eficiência = 1 - (Temperatura da fonte fria / Temperatura da fonte quente) a) Identifique os processos termodinâmicos AB, BC, CD e DA b) Calcule o trabalho W total desse ciclo c) Calcule ΔU para cada processo d) Calcule ΔS para cada processo e) Calcule Q para cada processo f) Calcule ΔS e ΔU para todo o ciclo
💡 1 Resposta
Fernando Pedrosa
AB: Expansão isotérmica
BC: Expansão adiabática
CD: Compressão isotérmica
DA: Compressão adiabática
b) O trabalho total realizado durante o ciclo de Carnot pode ser calculado considerando a área sob o diagrama de pressão versus volume no gráfico do ciclo. No caso do ciclo de Carnot, como as transformações são reversíveis, o trabalho total é dado pela diferença entre as áreas das duas transformações isotérmicas:
W_total = |Área de AB| - |Área de CD|
c) A variação da energia interna (ΔU) de um gás ideal pode ser calculada utilizando a equação:
ΔU = Q - W
Para os processos isotérmicos, como a temperatura permanece constante, não há variação da energia interna (ΔU = 0). Já para os processos adiabáticos, não há troca de calor com o ambiente (Q = 0). Portanto:
ΔU_AB = ΔU_CD = 0
ΔU_BC = ΔU_DA = 0
d) A variação da entropia (ΔS) pode ser calculada utilizando a equação:
ΔS = Q / T
Para os processos isotérmicos, a variação da entropia pode ser calculada como:
ΔS_AB = Q_AB / T_B
ΔS_CD = Q_CD / T_D
Para os processos adiabáticos, a variação da entropia é zero:
ΔS_BC = ΔS_DA = 0
e) O calor (Q) trocado durante cada processo pode ser calculado utilizando a equação:
Q = nRT ln(V_final / V_inicial)
Onde n é o número de mols do gás, R é a constante dos gases ideais, T é a temperatura em Kelvin e V é o volume.
f) Para calcular a variação total da entropia (ΔS) e da energia interna (ΔU) para todo o ciclo, basta somar as variações dos processos individuais:
ΔS_total = ΔS_AB + ΔS_BC + ΔS_CD + ΔS_DA
ΔU_total = ΔU_AB + ΔU_BC + ΔU_CD + ΔU_DA
É importante ressaltar que, no ciclo de Carnot reversível, a variação total da entropia é zero (ΔS_total = 0), pois a entropia é uma função de estado.
Me ajuda aí por favor.
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