Motor a Explosão é um motor que utiliza a gasolina como combustível. Realiza trabalho queimando uma mistura de vapor de gasolina e ar dentro de um cilindro. Por esta razão, é também chamado motor de combustão interna. Quando a mistura de ar com combustível queima formam-se gases quentes. Estes expandem-se rapidamente e empurram as partes interiores do motor, levando-as mover-se. Este movimento pode ser transmitido a rodas e hélices, ou operar máquinas. A potência de um motor à explosão, isto é, o trabalho que pode produzir, é geralmente expressa em cavalos-vapor ou watts.
Um engenheiro necessita analisar alguns parâmetros de um motor a combustão. Para isso ele dispõe de dados de um gás contido em um cilindro com pistom que é levado de um estado inicial A até um estado final C, seguindo dois processos distintos, AC e ABC conforme figura.
No processo AC, o sistema absorve 300 J de calor.
a.) Calcule o trabalho realizado pelo sistema nos dois processos.
b.) Qual é a variação da energia interna do sistema no processo AC?
c.) Uma das leis básicas da Termodinâmica afirma que a variação da energia interna do sistema não depende do processo que o leva de um estado inicial a um estado final. Tendo em vista esta informação, calcule o calor absorvido pelo gás no processo ABC.
Soluções para a tarefa
a) No processo ABC o trabalho foi de 120 Joules. No processo AC foi de 150 Joules.
b) ΔU = 150 Joules
c) Q = 270 Joules
Em uma transformação isobárica, o trabalho realizado pelo ou sobre o gás pode ser calculado por meio a seguinte equação -
T = PΔV
Quando o gás não varia de volume o trabalho realizado equivale a zero.
Quando temos uma transformação gasosa em que a pressão não é mantida constante, podemos calcular o trabalho realizado ou sofrido pelo gás por meio da área do gráfico da pressão em função do volume do gás.
Calculando o trabalho no processo ABC -
T = PΔV
T = 6 . 10⁴. 2. 10⁻³
T = 120 Joules
Calculando o trabalho no processo AC -
T = área do gráfico
T = (9. 10⁴ + 6 . 10⁴). 2. 10⁻³/2
T = 150 Joules
Segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, a quantidade de calor trocada com o meio é usada para a realização de um trabalho e/ou atua na variação da energia interna do gás.
ΔU = Q - T
No processo AC -
ΔU = 300 - 150
ΔU = 150 Joules
No processo ABC-
150 = Q - 120
Q = 270 Joules