2º prova

2ª Prova de Termodinâmica – FMT0159
25/junho/2008 – noturno
1) O teorema da equipartição da energia enuncia que para cada grau de liberdade de
uma molécula de um gás a energia interna vale ½nRT (onde n é o número de moles
e R a constante universal dos gases. Como o teorema da equipartição justifica a
energia interna de um gás monoatômico ser 3/2nRT e um diatômico ser 5/2nRT?
2) 20 L de AR inicialmente a 0º C e a 1,0 atm entram em uma certa turbina jatopropulsora seguindo aproximadamente o seguinte ciclo termodinâmico (considere
 = 1,4 para o AR): (i) compressão adiabática até atingir o volume de 15 L; (ii)
expansão isobárica até atingir o volume de 25 L; (iii) expansão adiabática até
retornar à pressão inicial; (iv) compressão isobárica até retornar à condição inicial.
a) Represente o ciclo desta turbina no diagrama PV, e indicando as temperaturas
em cada um de seus vértices.
b) Calcule o calor trocado em cada etapa do processo.
c) Determine o rendimento () desta turbina.
d) Qual seria a eficiência de uma máquina térmica reversível, operando entre as
temperaturas máxima e mínima deste processo?
3) Explique porque os processos enunciados abaixo são irreversíveis e explique o que
seria necessário para executar um processo reversível equivalente:
* Um mergulhador que mergulha de um trampolim para uma piscina.
* Expansão livre de um gás de V1 até V2.
* Transferência de calor de um reservatório à temperatura T q para outro à
temperatura Tf (Tq>Tf ).
4) Uma máquina remove 250 J de calor de um reservatório a 300K e descarrega 200J
num reservatório a 200K.
a) Qual o rendimento desta máquina?
b) Qual o trabalho que poderia ser realizado se a máquina fosse reversível?
c) Calcule a variação da entropia do universo nas condições dadas no item a.
Formulário:
 dQ 
Cp  

 dT  P
 dQ 
CV  

 dT V
CP - CV = nR
CV (monoatômico) = 3/2 nR
Cv (diatômico) = 5/2 nR
 
CP
CV
dQ = dU + dW
PV   cte
TV  1  cte
PV = nRT
dU = CV dT
dW = pdV
1 atm = 101,3 kPa
R = 8,314 J/(mol.K)
cH2O = 4,18 kJ/(kg.K)
1 cal = 4,184 J
NA = 6,02 x 1023 moléculas/mol
1 mol de gás ideal a TPN = 22,4 L
TPN – temperatura e pressão normais
(0º C e 1 atm)
  1
Qf
  1
Tf
S  
dQ
T
Qq
Tq