Um arranjo pistão-cilindro contém ar, inicialmente a 150 kPa e 27 °C. Nesse estado, o pistão repousa sobre um par de batentes, conforme mostra a fi...

Para resolver esse problema, podemos utilizar a equação de estado dos gases ideais, que é dada por PV = mRT, onde P é a pressão, V é o volume, m é a massa do gás, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura absoluta. (a) Para determinar a temperatura final, podemos utilizar a relação PV/T = constante. Como o volume dobra, a pressão deve dobrar para manter a constante. Portanto, a pressão final será de 300 kPa. Substituindo na equação de estado, temos: 150 kPa x 400 L / (m x 300 K) = R 350 kPa x 400 L / (m x T) = R Dividindo a segunda equação pela primeira, temos: T = (350 kPa x 400 L x 300 K) / (150 kPa x 400 L) = 600 K Portanto, a temperatura final é de 600 K, que corresponde a 327 °C. (b) O trabalho realizado pelo ar pode ser calculado pela área sob a curva do diagrama pressão-volume. Como o pistão é movido a uma pressão constante de 350 kPa, o trabalho é dado por: W = P x ΔV = 350 kPa x (2 x 400 L - 400 L) = 420 kJ Portanto, o trabalho realizado pelo ar é de 420 kJ. (c) O calor total transferido para o ar pode ser calculado pela primeira lei da termodinâmica, que é dada por ΔU = Q - W, onde ΔU é a variação da energia interna, Q é o calor transferido e W é o trabalho realizado. Como o processo é isotérmico, não há variação da energia interna. Portanto, temos: Q = ΔU + W = W = 420 kJ Portanto, o calor total transferido para o ar é de 420 kJ.