Série 3

Termodinâmica
Capítulo 3
1. Um objecto de massa 50 Kg é acelerado de 0 m/s até à velocidade de 15 m/s,
por acção de uma força resultante. Determine o trabalho realizado por essa força, em
KJ, se não existir mais nenhuma interacção entre o sistema e a sua vizinhança
2. Um objecto cuja massa é 150 Kg, está sujeito a uma variação da sua energia
cinética devido a uma força resultante. O Trabalho realizado pela força é de 100 KJ e
não existe outra interacção entre o objecto e a sua vizinhança. Se a velocidade inicial do
objecto for 50 m/s, qual será a sua velocidade final? (Não existe alteração na elevação
do objecto).
3. Uma massa de 20 Kg desce ao longo de uma rampa partindo do repouso e com
elevação inicial de 2 m. A rampa é inclinada fazendo um ângulo de 30º com a horizontal.
Assumindo que não existe força de atrito entre a rampa e o objecto e ignorando a
resistência do ar, determine a velocidade da massa quando atinge a base da rampa. A
aceleração da gravidade é 9.81 m/s2.
4. Um gás expande-se, partindo de um estado inicial em que a pressão era 340
KPa e o volume 0.0425 m3, até um estado final em que a pressão é 136 KPa. A relação
entre pressão e volume do gás durante o processo é pV 2=constante. Desenhe o processo
num diagrama p-V e determine o trabalho realizado durante a expansão.
5. Considere vapor de água no interior de um conjunto cilindro-êmbolo,
orientado horizontalmente. Inicialmente tem-se p1=100 KPa e V1=2x10-3 m3, estando a
face do êmbolo em x=0. Não é exercida nenhuma força pela mola sobre o êmbolo nesta
posição. A pressão atmosférica é 100 KPa e a área da face do êmbolo é 0.018 m 2. O
vapor expande-se devagar até o volume atingir V2=3x10-3 m3. Durante o processo a mola
exerce uma força no êmbolo que varia com x, F=kx, em que a constante da mola é
k=16.2x103 N/m. Não existe atrito entre o cilindro e o êmbolo. Determine a pressão
final do vapor, em KPa, e o trabalho realizado pelo vapor no êmbolo, em KJ.
6. Um sistema fechado de massa 5 Kg está sujeito a um processo no qual existe
transferência de energia sob a forma de calor, do sistema para a sua vizinhança, com o
valor de 150 KJ. O trabalho realizado pelo sistema é 75 KJ: Se a energia interna
específica inicial for 450 KJ/Kg, qual é a energia interna específica final? (Despreze as
variações da energia cinética e potencial).
7. Um conjunto êmbolo-cilindro está sujeito a dois processos em série. Do
estado 1 ao estado 2 existe transferência de energia sob a forma de calor e com o valor
de 500 KJ e o gás realiza trabalho sobre o êmbolo, com o valor 800 KJ. O segundo
processo, do estado 2 para o estado 3, é uma compressão a pressão constante, com o
valor de 400 Kpa, durante a qual existe troca de calor do gás para o exterior, com o valor
de 45o KJ. Sabe-se que U1=2000 KJ e U3=3500 KJ. Despreze as variações da energia
cinética e potencial. Calcule a variação do volume do gás durante o processo 2.
8. Considere um gás contido no interior de um conjunto êmbolo-cilindro
representado na figura. Inicialmente a face do êmbolo está a x=0, não existindo qualquer
força exercida neste. Com o aquecimento do gás, este expende-se, movendo o êmbolo até
este parar. Neste ponto a face do êmbolo encontra-se em x=0.05 m e a troca de energia
sob a forma de calor pára. A força exercida no êmbolo varia linearmente com x de
acordo com F=kx, em que k=10 000 N/m. Despreze a energia cinética potencial e o efeito
de atrito no êmbolo. A aceleração da gravidade é 9.81 m/s2.
8.1.
8.2.
8.3.
Qual é a pressão inicial do gás em KPa?
Determine o trabalho realizado pelo gás no êmbolo, em J.
Se os valores da energia interna específica do gás nos estados inicial
e final forem 214 e 330 KJ/Kg, respectivamente, calcule o calor
transferido, em J.
9. Considere que no interior de um conjunto cilindro-êmbolo existe vapor que é
expandido de p1=35 bar para p2=7 bar. A relação pressão-volume durante o processo é
pV2=constante. A massa do vapor é 2.3 Kg. No estado inicial u1=3282.1 KJ/Kg e v1=113.24
cm3/g. No estado final tem-se u2=2124.6 KJ/kg. Despreze a variação da energia cinética
e potencial. Calcule o calor transmitido entre o vapor e o exterior.
10. Um gás
processos:
processo 12:
processo 23:
processo 31:
sujeito a um ciclo termodinâmico constituído pelos seguintes
pressão constante, com p=1.4 bar; V1=0.028 m3; W12=10.5 kJ;
compressão com pV=constante; U3=U2;
volume constante; U1-U3=-26.4 kJ;
Despreze a variação da energia cinética e da energia potencial.
10.1.
Desenhe o ciclo num diagrama p-V
10.2. Calcule o trabalho total realizado ou recebido durante o ciclo.
10.3. Calcule o calor transferido durante o processo 12.