Lista 8 - Sistema de Ensino Energia

Lista 8 – Termodinâmica
1. A temperatura de ebulição da água sob pressão de 1,0 atmosfera é 100°C. Nestas condições, 1,0g de água ocupa
1,0 cm3; 1,0g de vapor ocupa 1671 cm3 e o calor de vaporização é 540 cal/g.
Calcule:
I) o trabalho executado pelo vapor sobre o exterior, durante a formação de 1,0g desse vapor à temperatura de 100°C.
II) o aumento na energia interna (∆U) do sistema.
Resposta: I) τ = 1,67.102 J
II) ∆U = 5,0.102 cal
2. Um mol de um gás ideal sofre a transformação indicada no gráfico abaixo:
p(atm)
2
A
1
B
1
VB
V(L)
a) Determine o volume VB.
b)Sabendo que o gás efetuou um trabalho de 5,7 J, qual a quantidade de calor que ele recebeu?
Resposta: 2L, 5,7 J
3. O bico de uma seringa de injeção é completamente vedado, de modo a encerrar 1,0 cm3 de ar no interior da
mesma, nas condições ambientais de temperatura e pressão. A seguir, puxa-se lentamente para fora o êmbolo. O
gráfico abaixo representa a variação da pressão p do ar em função do seu volume V. Sendo isotérmica a
transformação e desprezando os atritos:
p (x 105 N/m2)
1,0
A
pB
B
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
V (cm3)
a) calcule a pressão do gás no estado B;
b) aproximando a curva AB por uma reta, calcule o trabalho realizado pelo gás no processo.
Resposta: a) 2,5. 104 Pa;
b) 1,875 J.
4. De que altura deveria cair uma determinada massa de água para que a sua energia final, convertida em calor,
aumentasse a temperatura dessa massa de 1°C? Admita não haver perdas. Dados: 1 cal = 4,18J; g = 9,8 m/s2 e
c = 1cal/g°C.
Resposta: 427 m
5. Um cilindro, de secção reta 100 cm2 e eixo vertical, é vedado por um pistão leve, móvel, sem atrito. O sistema
encerra um gás e está em equilíbrio térmico e mecânico com a atmosfera ambiente, à temperatura de 20°C e à
pressão constante de 10 N/cm2. Fornecendo-se ao gás calor igual a 200cal, ele se aquece a 270°C, e o pistão sobe
8,36 cm. Calcule o trabalho τ efetuado pelo gás.
Resposta: 3,6J.
6. Um certo número de pequenas esferas de chumbo é colocado no interior de um tubo vertical de PVC com 60 m
de altura.
60 cm
O calor específico do chumbo é de 0,03 kcal/kg.°C, g = 10 m/s2 e 1 cal = 4,2J. Sabendo-se que o tubo é virado de
cabeça para baixo 21 vezes sucessivas, determinar o aumento da temperatura das esferas.
Resposta: 1°C.
7. Um projétil de chumbo está à temperatura de 215°C quando atinge uma parede e nela se aloja. Metade da energia
cinética que o projétil possuía, imediatamente antes da colisão, nele permanece como energia interna, quantidade
essa que é justamente a suficiente para que ocorra a fusão do chumbo. Dados para o chumbo: c = 1,25.102 J/kg.°C,
calor latente de fusão = 2,60.104 J/kg e temperatura de fusão = 327°C.
Calcule a velocidade do projétil imediatamente antes da colisão.
Resposta: 400m/s.
8. Um refrigerador retira calor da água a 0°C e transfere para o meio ambiente a 17 °C, operando segundo o ciclo de
Carnot. Após certo tempo forma-se 2 kg de gelo a 0°C. Sendo o calor latente de solidificação da água –80 cal/g,
determine:
a) A quantidade de calor retirada da água.
b) O trabalho fornecido ao sistema.
Resposta: 160 kcal, 41,8 kJ
9. Numa piscina com 10 m de comprimento, 5 m de largura e 2 m de profundidade, 7 nadadores disputam uma
competição, nadando vigorosamente com potencial individual P = 500W. Durante 12 minutos de competição, qual o
trabalho total produzido pelos nadadores e qual a elevação de temperatura da piscina, supondo que nenhum calor da
água é perdido? Adote: 1 cal = 4,2 J; calor específico da água = 1,0 cal/g°C; densidade da água = 1,0 g/cm3.
Resposta: 2,52.106J e 0,006°C.
10. Um sistema termodinâmico constituído por m=64g de um gás ideal, de massa molecular M=32 e calor específico
sob pressão constante cp=9,0.10-3 atm. L/g.K, sofre as transformações indicadas na figura. Sabe-se que a temperatura
do gás no estado (1) é T1 = 300K e que a constante universal dos gases vale R =0,082 atm.L/mol.K.
p (atm)
4,0
(3)
(1)
2,0
0
(2)
24,6
49,2
V(L)
a) Determine a temperatura T2 do gás no estado (2);
b) Calcule a quantidade de calor Q trocada na transformação (2) para (3).
c) Se 66,2% do calor liberado pelo gás em cada ciclo de transformações [(1) → (2) → (3) → (1)] é utilizado para
fundir o gelo, quantos ciclos serão necessários para a fusão de m´ = 492g de gelo a 0°C? o calor latente de fusão da
água é Lf = 3,31 atm.L/g.
Resposta: a) 600K
b) aproximadamente 2,5.104 cal
c) aproximadamente 50 ciclos.