(Dif 3, Dissertativa) Um reservatório contém ar ideal comprimido: V = 0,020 m³, P1 = 3,0×10^6 Pa e T0 = 300 K…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Avaliar, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais, tecnologias e possíveis soluções para as demandas que envolvem a geração, o transporte, a distribuição e o consumo de energia elétrica, considerando a disponibilidade de recursos, a eficiência energética, a relação custo/benefício, as características geográficas e ambientais, a produção de resíduos e os impactos socioambientais e culturais.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
(Dif 3, Dissertativa) Um reservatório contém ar ideal comprimido: V = 0,020 m³, P1 = 3,0×10^6 Pa e T0 = 300 K. O ar é liberado reversivelmente e isotermicamente até P2 = 1,0×10^5 Pa. Calcule (a) o número de mols n no reservatório, (b) o trabalho máximo recuperável W (J) na expansão reversível isotérmica e (c) a energia elétrica máxima obtida se um gerador tem eficiência 50%. Em seguida, explique qualitativamente como a irreversibilidade (expansão rápida e resfriamento) alteraria a energia recuperável.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
n = P1V/(RT) = (3,0×10^6·0,020)/(8,31·300) ˜ 24,06 mol. Para expansão isotérmica: W = nRT ln(P1/P2) = P1V ln(3,0×10^6/1,0×10^5) = 3,0×10^6·0,020·ln(30) ˜ 2,04×10^5 J. Energia elétrica = 0,50·W ˜ 1,02×10^5 J. Qualitativamente: expansão irreversível e queda de temperatura reduzem trabalho extraível; perdas por atrito e não-reversibilidade convertem parte da energia em calor não recuperável, diminuindo energia elétrica disponível; trocas de calor com o ambiente podem mitigar ou agravar a perda.
Explicação
Os cálculos realizados consideram a lei dos gases ideais e a fórmula para trabalho em processos isotérmicos, que são fundamentais para determinar o número de mols e o trabalho máximo recuperável. A eficiência do gerador é aplicada para calcular a energia elétrica máxima, levando em conta a conversão de trabalho em energia. A análise qualitativa sobre a irreversibilidade destaca como processos não ideais, como expansão rápida e resfriamento, afetam negativamente a quantidade de energia que pode ser recuperada.
Raio-X da questão
gases ideais e trabalho
avaliacao
gases ideais · trabalho em termodinâmica
Revisar as leis dos gases ideais e o conceito de trabalho em termodinâmica.
O aluno pode confundir o conceito de trabalho em uma expansão isotérmica com uma expansão adiabática, resultando em cálculos incorretos.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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