Lista para a 3ª Avaliação Uma amostra de gás se expande de 1,0 m

Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA
Pro-Reitoria de Graduação – PROGRAD
Curso: Bacharelado em Ciência e Tecnologia
Disciplina: Ondas e Termodinâmica
Professora: Subênia Medeiros
Lista para a 3ª Avaliação
1. Uma amostra de gás se expande de 1,0 m3 a 4,0 m3 enquanto sua pressão decresce de
40 Pa. Que trabalho é realizado pelo gás se sua pressão varia com o volume através (a) da
trajetória A, (b) da trajetória B e (c) da trajetória C na figura abaixo.
2. Suponha que um trabalho de 200 J é realizado sobre um sistema e que uma
quantidade de 70,0 cal é retirada do sistema como calor. De acordo com a primeira lei da
termodinâmica, quais são os valores (incluindo os sinais) de (a) W, (b) Q e (c) Eint?
3. Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado no diagrama p-V da figura
abaixo. Calcule a energia líquida adicionada ao sistema sob a forma de calor durante um ciclo
completo.
4. A figura abaixo mostra um ciclo fechado para um gás (a figura não é feita em escala). A
variação na energia interna do gás quando ele se move de a para c ao longo da trajetória abc é
-200 J. Quando ele se move de c para d, 180 J precisam ser transferidos para ele como calor. É
necessária uma transferência de calor adicional de 80 J quando ele se move de d para a. Que
trabalho é realizado sobre o gás quando ele se move de c para d?
5. Quando um sistema é lavado de um estado i para um estado f ao longo da trajetória
iaf na figura abaixo, Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36 cal. (a) Quanto
vale W ao longo da trajetória ibf? (b) Se W = -13 cal para a trajetória de volta fi, quanto vale Q
para esta trajetória? (c) Se Eint,i = 10 cal, quanto vale a Eint,f? Se Eint,b = 22 cal, quanto vale Q para
(d) a trajetória ib e (e) a trajetória bf?
6. Cinco moles de um gás ideal monoatômico com uma temperatura inicial de 127 ºC se
expandem e, nesse processo, absorvem 1200 J de calor e realizam 2100 J de trabalho. Qual é a
temperatura final do gás?
7. Você chuta uma bola de futebol, comprimindo-a, de repente, até 2/3 de seu volume
original. Nesse processo, você realiza 410 J de trabalho sobre o ar (considerando um gás ideal)
dentro da bola. (a) Qual é a variação da energia interna do ar dentro da bola devido à
compressão? (b) A temperatura do ar dentro da bola aumenta ou diminui devido à
compressão? Explique.
8. Um gás Ideal evolui do estado a para o estado b no diagrama PV mostrado na figura
abaixo. Durante esse processo, 400 J calor são fornecidos, e a pressão dobra. (a) Quanto
trabalho é realizado pelo gás, ou sobre ele? Explique. (b) Compare a temperatura do gás em a
com a sua temperatura em b. Seja específico. (c) Compare a energia interna do gás em a com a
energia interna em b. Novamente, seja específico, e explique.
9. Um gás ideal se expande enquanto a pressão é mantida constante. Durante esse
processo, há transferência de calor para dentro do gás ou para fora do gás? Justifique sua
resposta.
10. O calor Q flui para dentro de um gás monoatômico ideal, e o volume aumenta
enquanto a pressão é mantida constante. Que fração da energia calorífica é usada para realizar
o trabalho de expansão do gás?
11. Em um experimento, 200 g de alumínio (com calor específico de 900 J/kg. K) a 100 ºC
são misturados com 50,0 g de água a 20,0 ºC, com a mistura isolada termicamente. (a) Qual é a
temperatura de equilíbrio? Quais são as variações de entropia (b) do alumínio, (c) da água e (d)
do sistema alumínio-água?
12. Um gás sofre uma expansão isotérmica reversível. A figura abaixo fornece a variação
S na entropia do gás versus o volume final Vf do gás. Quantos moles estão presentes na
amostra?
13. Para n moles de um gás diatômico ideal levado através do ciclo na figura abaixo, com
suas moléculas girando, mas sem que oscilem, quais são (a) p2/p1, (b) p3/p1 e (c) T3/T1? Para a
trajetória 1  2, quais são (d) W/nRT1, (e) Q/nRT1, (f) Eint/nRT1 e (g) S/nR? Para a trajetória
2  3, quais são (h) W/nRT1, (i) Q/nRT1, (j) Eint/nRT1 e (k) S/nR? Para a trajetória 3  1,
quais são (l) W/nRT1, (m) Q/nRT1, (n) Eint/nRT1 e (o) S/nR?
14. Um cubo de gelo com 8,0 g a -10 ºC é colocado em uma garrafa térmica contendo 100
cm3 de água a 20 ºC. De quanto terá variado a entropia do sistema cubo-água quando o
equilíbrio for alcançado? O calor específico do gelo é 2220 J/kg.K.
15. Uma máquina de Carnot de 500 W opera entre reservatórios de temperaturas
constantes a 100 ºC e 60,0 ºC. Qual é a taxa na qual a energia é (a) absorvida na forma de calor
pela máquina e (b) expelida sob a forma de calor pela máquina?
16. A eficiência de um motor de um carro particular é 25% quando o motor realiza 8,2 kJ
de trabalho por ciclo. Suponha que o processo é reversível. Quais são (a) a energia interna que
o motor ganha por ciclo na forma de calor Qganho da combustão do combustível e (b) a energia
que o motor perde por ciclo sob a forma de calor Qperdido. Se um ajuste aumenta a eficiência
para 31%, quais são (c) Qganho e (d) Qperdido para o mesmo valor de trabalho?
17. Um gás ideal (1,0 mol) é a substância de trabalho em uma máquina que opera através
do ciclo mostrado na figura abaixo. Os processos BC e DA são reversíveis e adiabáticos. (a) O
gás é monoatômico, diatômico ou poliatômico? (b) Qual é a eficiência da máquina?
18. Quando trabalho deve ser realizado sobre um refrigerador de Carnot para transferir
1,0 J sob a forma de calor (a) de um reservatório a 7,0 ºC para um a 27 ºC, (b) de um
reservatório a -73 ºC para um a 27 ºC, (c) de um reservatório -173 ºC para um a 27 ºC e (d) de
um reservatório a -223 ºC para um a 27 ºC?
19. Um condicionador de ar operando entre 93 ºF e 70 ºF é especificado como tendo uma
capacidade de refrigeração de 4000 BTU/h. Seu coeficiente de desempenho é 27% daquele de
um refrigerador de Carnot operando entre as mesmas duas temperaturas. Qual a potência
requerida do motor do condicionador de ar em cv?
20. A figura abaixo representa uma máquina de Carnot que trabalha entre as
temperaturas T1 = 400 K e T2 = 150 K e alimenta um refrigerador de Carnot que funciona entre
as temperaturas T3 = 325 K e T4 = 225 K. Qual é a razão Q3/Q1?