Termodinâmica – Lista 1

Termodinâmica – Lista 1
Prof. Vogt
1. Um gás perfeito sofre uma expansão isobárica, sob
2
3
pressão de 5,0 N/m . Seu volume aumenta de 0,20 m
3
para 0,60 m . Qual foi a variação de energia interna do
gás se, durante a expansão, ele recebeu 5,0 J de calor
do ambiente?
2. Um sistema gasoso ideal sofre uma transformação
isobárica de pressão igual a 5—104 N/m2. Seu volume
evolui de 3 L para 6 L. Determine o trabalho trocado com
3
–3
3
o meio externo. Dado: 1 L = 1 dm = 10 m
3. Um sistema termodinâmico constituído por um gás
perfeito troca 400 cal de calor com o meio externo.
Determine a variação de energia interna do sistema, em
cada um dos casos:
a) aquecimento isocórico;
b) resfriamento isométrico;
c) expansão isotérmica.
4. Analise as afirmativas a seguir:
(01) Um gás somente pode ser aquecido se receber
calor.
(02) Pode-se aquecer um gás realizando-se trabalho
sobre ele.
(04) Para esfriar um gás, devemos necessariamente
retirar calor dele.
(08) Um gás pode receber calor do meio externo e sua
temperatura permanecer constante.
(16) Numa transformação adiabática de um gás, sua
temperatura pode diminuir.
Dê como resposta a soma dos números associados às
afirmações corretas.
5. Leia com atenção e identifique a alternativa correta.
a) Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o
sistema não troca calor com o meio externo.
b) Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o
sistema cede um valor de calor menor que o valor do
trabalho que recebe.
c) Numa compressão isotérmica de um gás perfeito,
sempre ocorre variação da energia interna do gás.
d) Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o
sistema realiza trabalho; portanto, não recebe calor.
e) Numa compressão isotérmica de um gás perfeito, o
sistema recebe trabalho, que é integralmente
transformado em calor.
6. Um estudante manuseava uma bomba manual
(metálica) de encher bola de futebol. Mantendo o orifício
de saída do ar tapado com seu dedo, ele comprimia
rapidamente o êmbolo e observava que o ar dentro da
bomba era aquecido. Das afirmativas a seguir, qual você
usaria para explicar o fenômeno descrito?
a) Quando se comprime um gás, sua temperatura
sempre aumenta.
b) Quando se comprime rapidamente um gás, facilita-se
a troca de calor entre o ar que está dentro da bomba e o
meio externo.
c) Devido à rapidez da compressão, o ar que está dentro
da bomba não troca calor com o meio externo; assim, o
trabalho realizado provoca aumento da energia interna
desse ar.
d) A compressão rápida do ar foi feita isobaricamente,
provocando aumento na velocidade de suas partículas.
e) O fenômeno descrito é impossível de ocorrer, pois,
sendo o corpo da bomba metálico, qualquer energia que
seja fornecida para o ar interno será imediatamente
transferida para o meio externo.
7. (UNESP) Um pistão com êmbolo móvel contém 2 mol
de O2 e recebe 581 J de calor. O gás sofre uma
expansão isobárica na qual seu volume aumentou de
5
2
1,66L, a uma pressão constante de 10 N/m .
Considerando que nessas condições o gás se comporta
como gás ideal, utilize R = 8,3 J/mol — K e calcule:
a) a variação de energia interna do gás;
b) a variação de temperatura do gás.
8. Um sistema termodinâmico constituído de certa massa
de gás perfeito recebe calor de uma fonte térmica, num
total de 8 500 J. Em consequência, o gás se expande,
sofrendo a transformação AB representada no diagrama
pressão (p) x volume (V) a seguir:
A respeito da transformação AB, responda:
a) Qual é o trabalho do sistema? É trabalho realizado ou
recebido? Justifique.
b) Qual é a variação de energia interna? A energia
interna aumentou ou diminuiu? Justifique.
9. Um sistema gasoso ideal, ao receber 293 cal, evolui
do estado A para o estado D, conforme o gráfico:
Determine:
a) o trabalho do gás em cada transformação: AB, BC e
CD;
b) a variação da energia interna na transformação
ABCD;
c) a temperatura do gás no ponto D, sabendo que no
ponto C era de –3 °C.
Dado: 1 cal = 4,18 J
10. (UNICAMP) Um mol de gás ideal sofre a
transformação A→B→C indicada no diagrama pressão x
volume da figura:
Com relação a esses processos, a opção correta é:
a) No processo AB a energia interna do sistema não
varia.
b) No processo BC a energia interna do sistema diminui.
c) No processo CD a energia interna do sistema diminui.
d) No processo DA a energia interna do sistema
aumenta.
e) No ciclo completo a variação da energia interna é
positiva.
a) Qual é a temperatura do gás no estado A?
b) Qual é o trabalho realizado pelo gás na expansão AB?
c) Qual é a temperatura do gás no estado C?
Dados: R (constante dos gases) = 0,082 atm.L/mol.K ou
R = 8,3 J/mol K
11. (UEL) No gráfico abaixo está representada a
evolução de um gás ideal segundo o ciclo de Carnot.
Com relação ao comportamento do gás, é correto
afirmar:
15. (UFSCAR) Mantendo uma estreita abertura em sua
boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você
produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que
você expeliu sofreu uma violenta expansão,
durante a qual:
a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da
energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor
com o meio externo.
b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da
energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor
com o meio externo.
c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da
quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por
não ocorrer variação da sua energia interna.
d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar
não absorveu calor do meio e não sofreu variação de
energia interna.
e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar
não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de
energia interna.
a) A temperatura no ponto A é maior que no ponto B.
b) No trajeto BC, o gás cedeu calor para a fonte fria.
c) No trajeto DA, o trabalho realizado é negativo.
d) A temperatura no ponto C é maior que no ponto B.
e) No trajeto CD, o gás recebeu calor.
12. (PUC) O esquema representa trocas de calor e
realização de trabalho em uma máquina térmica. Os
valores de T1 e Q2 não foram indicados, mas deverão ser
calculados durante a solução desta questão.
16. (UNB) Quanto aos processos sofridos por gases
ideais entre dois estados, julgue os itens a seguir:
a) Num processo isotérmico, há troca de calor com o
meio exterior.
b) Num processo adiabático, não há transferência de
calor para o meio exterior.
c) Um processo adiabático é um processo lento, em que
a variação de energia do gás é igual ao trabalho
realizado sobre este.
d) Um processo isotérmico é um processo lento, no qual
há variação na energia interna do gás.
e) Num processo isotérmico, a energia cinética média
das moléculas é a mesma nos estados inicial e final.
f) Num processo isotérmico de compressão de um gás, a
pressão exercida sobre as paredes do recipiente que
contém o gás aumentará.
g) Num processo adiabático, a variação de energia do
gás é nula.
Considerando os dados indicados no esquema, se essa
máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a
temperatura T1, da fonte quente, seria, em Kelvins:
a) 375. b) 400. c) 525. d) 1 200. e) 1 500.
13. (UFMA) Uma máquina térmica funciona realizando o
ciclo de Carnot. Em cada ciclo, o trabalho útil fornecido
pela máquina é de 2 000 J. As temperaturas das fontes
térmicas são 227 °C e 27 °C, respectivamente. O
rendimento da máquina, a quantidade de calor retirada
da fonte quente e a quantidade de calor rejeitada para a
fonte fria são, respectivamente:
a) 60%, 4 000 J e 6 000 J. d) 40%, 4 000 J e 1 000 J.
b) 40%, 3 000 J e 5 000 J. e) 30%, 6 000 J e 4 000 J.
c) 40%, 5 000 J e 3 000 J.
Gabarito
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
14. (UFC) O ciclo diesel, mostrado na figura abaixo,
representa o comportamento aproximado de um motor
diesel. A substância de trabalho desse motor pode ser
considerada um gás ideal. O processo a→b é uma
compressão adiabática, o processo b→c é uma
expansão a pressão constante, o processo c→d é uma
expansão adiabática e o processo d→a é um
resfriamento a volume constante.
2
3J
150J
a) 400 cal; b) – 400 cal; c) Zero
01. F, 02. V, 04. F, 08. V, 16. V
E
C
a) 415 J; b) 10 K ou 10 °C
a) Realizado, 2200 J; b) Aumentou, 6300 J
a) Zero, 300 J, 250 J; b) 675 J; c) 27 °C
a) 293 K; b) 6,0 — 10² J; c) 293 K
C
A
C
C
A
a) Verdadeiro; b) Verdadeiro; c) Falso; d) Falso; e)
Verdadeiro; f) Verdadeiro; g) Falso.