Fuvest 2009 · Segunda fase · Questão 5 · Discursiva

Física · Máquinas térmicas, Termodinâmica

Um grande cilindro, com ar inicialmente à pressão P1 e temperatura ambiente (T1 = 300 K), quando aquecido, pode provocar a elevação de uma plataforma A, que funciona como um pistão, até uma posição mais alta. Tal processo exemplifica a transformação de calor em trabalho, que ocorre nas máquinas térmicas, à pressão constante. Em uma dessas situações, o ar contido em um cilindro, cuja área da base S é igual a 0,16 m2 , sustenta uma plataforma de massa MA =160 kg a uma altura H1 = 4,0 m do chão (situação I). Ao ser aquecido, a partir da queima de um combustível, o ar passa a uma temperatura T2, expandindo-se e empurrando a plataforma até uma nova altura H2 = 6,0 m (situação II). Para verificar em que medida esse é um processo eficiente, estime:

  1. A pressão P1 do ar dentro do cilindro, em pascals, durante a operação.
  2. A temperatura T2 do ar no cilindro, em kelvins, na situação II.

  3. A eficiência do processo, indicada pela razão R = Δ\DeltaEp/Q, onde Δ\DeltaEp é a variação da energia potencial da plataforma, quando ela se desloca da altura H1 para a altura H2, e Q, a quantidade de calor recebida pelo ar do cilindro durante o aquecimento.

    NOTE E ADOTE: PV = nRT; Patmosférica = P0 = 1,00 x 105 Pa; 1 Pa = 1 N/m2 Calor específico do ar a pressão constante Cp =1,0 x 103 J/(kg•K) Densidade do ar a 300 K = 1,1 kg/m3

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