Trabalhos de faculdade

A Primeira Lei da Termodinâmica não pode ser comprovada matematicamente, porém nenhum processo até hoje conhecido na natureza é capaz de violá-la, sendo isso prova suficiente de sua validade.

Exemplos
1) Um arranjo cilindro-pistão contém 25 kg de vapor d’água saturado, mantido a pressão constante de 300 kPa. Um aquecedor a resistência dentro do cilindro é ligado e circula uma corrente de 0,2 A por 5 min a partir de uma fonte de 120 V. Ao mesmo tempo, ocorre uma perda de calor de 3,7 kJ.
a) Mostre que para um sistema fechado o trabalho de fronteira e a energia interna na equação da Primeira Lei pode ser combinados em um único termo, entalpia, para um processo a pressão constante.
b) Determine a temperatura final do vapor
Resolução:
a)
ΔEsistema = Ee - Es
ΔU + ΔEC + ΔEP = – W
Como não há variação de energia cinética e potencial temos:
ΔU = – W
Para um processo a pressão constante o trabalho de fronteira Wfront = p(ϑ2 – ϑ1)
U2 – U1 = Q – p(ϑ2 – ϑ1) – Woutros
Q – Woutros = (U2 + p ϑ2) – (U1 + p ϑ1)
Q – Woutros = H2 – H1
b)
Welétrico = VIΔt = 120 V x 0,2 A x 300 s = 7200 VAs
Sabendo que 1kJ/s = 1000 VA temos que:
Welétrico = 7,2 kJ
Estado 1 é de vapor saturado, então da tabela de vapor saturados temos que:h1 = hv = 2724,9 kJ/kg (das tabelas termodinâmicas de água saturada)
Q – Woutros = H2 – H1
Q – Woutros = m(h2 – h1)
7,2 - 3,7 = 0,025(h2 – 2724,9) h2 = 2864,9 kJ/kg
Conhecendo a entalpia no estado 2 e a pressão 300 kPa, da tabela de vapor superaquecido temos:
T2 = 200°C
2) Um tanque rígido está dividido em duas partes iguais. Inicialmente, um lado do tanque contém 5 kg de água a 200 kPa e 25°C, e o outro lado está evacuado. A divisão é então retirada e a água se expande ocupando todo o tanque. Suponha que a água troque calor com a vizinhança até que a temperatura no tanque retorne ao valor inicial de 25°C. Determine:
a) o volume do tanque,
b) a pressão final e
c) a transferência de calor ocorrida no processo.