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