Lista 4 - Plato

Instituto de Física – USP
FMT159 - Termodinâmica I
2º semestre - 2007
Física Licenciatura
4a Lista de Exercícios
1) Um bloco de gelo de 1 tonelada, destacado de uma geleira, desliza por uma encosta de 10 o de
inclinação com velocidade constante de 0,1 m/s. O calor latente de fusão do gelo (quantidade de calor
necessária para liquefação por unidade de massa) é de 80 cal/g. Calcule a quantidade de gelo que se
derrete por minuto em conseqüência do atrito.
2) O diagrama PV abaixo, onde a pressão é medida em bar e o volume em L, está associado com um
ciclo descrito por um fluido homogêneo. Sejam W, Q e U respectivamente o trabalho, a quantidade
de calor e a variação da energia do sistema associados a cada etapa do ciclo e com o ciclo completo.
Complete a tabela abaixo com os valores expressos em Joules.
P
2
a
1
Etapa
ab
bc
ca
Ciclo (abca)
Q (J)
800
U (J)
-100
c
b
5
W (J)
10
V
3) A temperatura de um gás ideal a uma pressão inicial P1 e volume V1 é aumentada a volume
constante até que a pressão seja dobrada. O gás é, então, expandido isotermicamente, até que a pressão
caia para seu valor original, onde é comprimido a pressão constante, até que o volume retorne ao seu
valor inicial.
a) Esboce estes processos no plano P-V e no plano P-T.
b) Calcule o trabalho em cada processo e o trabalho líquido realizado no ciclo, se n = 2 x 103
moles, P1 = 2 atm e V1 = 4 m3.
4)
a) Um gás diatômico efetua 300 J de trabalho e absorve 600 cal de calor. Qual a variação de
energia interna do gás?
b) Quando 20 cal de calor são absorvidas por este gás, o sistema efetua 30 J de trabalho. Qual a
variação de energia interna do gás?
5) Discuta o processo pelo qual a água congela, do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica.
Lembre-se de que o gelo ocupa um volume maior do que a mesma massa de água.
6) Dois moles de um gás ideal diatômico são aquecidos isobaricamente (A  B) com TA = 100 K e TB
= 300 K e depois sofrem uma expansão isotérmica (B  C). Sabe-se que PA = PB = 2 atm, PC = 1 atm,
CV = 5/2 R, CP = 7/2 R e que os processos são reversíveis.
a) Represente estes processos (A  B) e (B  C) num diagrama P-V.
b) Calcule a variação de energia interna U, o trabalho W e o calor Q trocado em cada um dos
processos (A  B) e (B  C).
7) Um mol de um gás monoatômico ideal passa de um estado inicial cuja pressão é P e o volume é V,
para o estado final de pressão 2P e volume 2V, através de dois processos reversíveis diferentes:
(I) o gás se expande isotermicamente até que seu volume dobre e sua pressão é, então, aumentada a
volume constante até o estado final;
(II) o gás é comprimido isotermicamente até que sua pressão dobre e depois seu volume é aumentado a
pressão constante até o estado final.
a) Represente os dois processos num diagrama P-V.
b) Para cada um destes processos calcule o calor Q recebido ou cedido e o trabalho W realizado
pelo ou sobre o gás em cada parte dos processos (I) e (II).
c) Qual é a variação de energia interna U do gás nos processos (I) e (II)?