Ciclo de Carnot

Considere uma máquina térmica que funciona de acordo com um ciclo termodinâmico (ciclo de Carnot) composto pelos seguintes processos sequenciais:

$A \rightarrow B$: expansão isotérmica, à temperatura constante $T_Q$, entre os volumes $V_A$ e $V_B$;

$B \rightarrow C$: expansão adiabática, entre os volumes $V_B$ e $V_C$;

$C \rightarrow D$: compressão isotérmica, à temperatura constante $T_F$, entre os volumes $V_C$ e $V_D$;

$D \rightarrow A$: compressão adiabática, entre os volumes $V_D$ e $V_A$.

O ciclo é realizado por uma mole de ar padrão (gás perfeito com coeficiente de adiabaticidade $γ = 1,4$ ), tendo-se $T_Q = 400$ K, $T_F = 300$ K e $V_B / V_A = 5$. O trabalho nos processos isotérmicos e adiabáticos é realizado de forma quase estática. Calcule:

a) Os calores específicos molares a volume constante e a pressão constante do ar padrão, $c_V$ e $c_p$ respetivamente.

b) O valor absoluto do calores $Q_Q$ e $Q_F$ trocados nas isotérmicas às temperaturas $T_Q$ e $T_F$, respetivamente.

c) O trabalho $W$ fornecido pela máquina num ciclo e o rendimento $η$ da mesma.

Respostas

a) $c_V \simeq 20,78$ J mol^-1 K^-1 e $c_p \simeq 29,09$ J mol^-1 K^-1

b) $|Q_Q| \simeq 5.35$ kJ e $|Q_F| \simeq 4.01$ kJ

c) $W \simeq 1.34$ kJ e $η = 25\%$

Metadata

• CONTEXTO : Primeiro ciclo universitário
• AREA: Física
• DISCIPLINA: Termodinâmica e Estrutura da Matéria
• ANO: 2
• LINGUA: pt
• AUTOR:
• MATERIA PRINCIPAL: Termodinâmica macroscópica
• DESCRICAO: Ciclo de Carnot
• DIFICULDADE: **
• TEMPO MEDIO DE RESOLUCAO: 1800 [s]
• TEMPO MAXIMO DE RESOLUCAO: 2700 [s]
• PALAVRAS CHAVE: Máquinas térmicas