Um arranjo pistão-cilindro contém 50 kg de água a 250 kPa e 25°C. A seção transversal do pistão é de 0,1 m2. Calor é transferido para a água, fazen...

(a) Para determinar a pressão e a temperatura finais, podemos utilizar a equação de estado da água, que é dada por: Pv = RT Onde P é a pressão, v é o volume específico, R é a constante universal dos gases e T é a temperatura absoluta. Como a massa de água é de 50 kg, podemos determinar o volume inicial utilizando a densidade da água a 25°C, que é de 997 kg/m³: V1 = m/ρ = 50/997 = 0,0502 m³ Como o volume final é de 0,2 m³, a variação de volume é de: ΔV = V2 - V1 = 0,2 - 0,0502 = 0,1498 m³ Assumindo que a expansão seja isotérmica, a temperatura final será de 25°C. Portanto, podemos determinar a pressão final utilizando a equação de estado: P2 = (m/R) * T / V2 = (50/0,018015) * (298,15 / 0,2) = 415,5 kPa (b) Para determinar o trabalho realizado durante o processo, podemos utilizar a equação: W = ∫PdV Como a pressão varia linearmente com o volume, podemos determinar o trabalho como a área do trapézio formado pelo gráfico da pressão em função do volume: W = (P1 + P2) * ΔV / 2 Onde P1 é a pressão inicial, que é igual a 250 kPa. Substituindo os valores, temos: W = (250 + 415,5) * 0,1498 / 2 = 31,4 kJ (c) O processo pode ser representado no diagrama P-V como uma linha reta inclinada, que representa a expansão isotérmica até o volume de 0,2 m³, seguida de uma linha reta horizontal, que representa a compressão isobárica até a altura de 20 cm acima da posição inicial.