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.

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Respostas

a) $c_V \simeq 20,78$ J mol^-1 K^-1 e $c_p \simeq 29,1$ 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 $η = 25%$

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Ciclo de Carnot

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