Questão 4
FUVEST 2018
(FUVEST - 2018 - 2ª FASE) O motor Stirling, uma máquina térmica de alto rendimento, é considerado um motor ecológico, pois pode funcionar com diversas fontes energéticas. A figura I mostra esquematicamente um motor Stirling com dois cilindros. O ciclo termodinâmico de Stirling, mostrado na figura II, representa o processo em que o combustível é queimado externamente para aquecer um dos dois cilindros do motor, sendo que uma quantidade fixa de gás inerte se move entre eles, expandindo-se e contraindo-se. Nessa figura está representado um ciclo de Stirling no diagrama P X V para um mol de gás ideal monoatômico. No estado A, a pressão é PA = 4 atm, a temperatura é T1 = 27ºC e o volume é VA. A partir do estado A, o gás é comprimido isotermicamente até um terço do volume inicial, atingindo o estado B. Na isoterma T1, a quantidade de calor trocada é Q1 = 2.640 J, e, na isoterma T2, é Q2 = 7.910 J
Determine
a) o volume VA, em litro
b) a pressão PD, em atm, no estado D;
c) a temperatura T2
Considerando apenas as transformações em que o gás recebe calor, determine
d) a quantidade total de calor recebido em um ciclo, QR , em J.
Gabarito:
Resolução:
a)
Aqui precisamos somente aplicar lei dos gases ideias:
b)
Aqui podemos conseguir esse dado com a seguinte relação:
Sabendo que o gás foi comprimido para um terço do volume de A até chegar no estado B temos:
Assim substituindo:
c)
Vamos olhar a relação entre o processo A e D, sabendo que o volume nesse processo é constante: