aulas exerc 1 bim termo

8/17/2019 Aulas Exerc 1 Bim Termo

1/29

Engenharia de Produção

Termodinâmica e Sistemas Térmicos

1° Bimestre


2/29

Comportamento Térmico dos Gases

O que é um gás

Toda substância tem uma temperatura limite, chamada de temperatura crítica, na qual a sua vaporização é

irreversível. Quando o vapor ultrapassa essa temperatura, chama-se de gás. Diferentemente do vapor, o gás não se

liquefaz quando recebe um aumento de pressão.

Visto que a distância média entre as partículas de um gás é muito maior do que o tamanho delas, essas partículas

estão livres para se movimentar e interagir entre si apenas durante as colisões. Esses dois fatores fazem com que os gases

respondam de forma mais perceptível às variações de pressão e temperatura do que os outros estados da matéria (líquido,

sólido e vapor).

Diferentemente dos líquidos e dos sólidos, a distância entre as partículas dos gases torna-os altamente

compressíveis.

Gás perfeito ou ideal

São os gases que satisfazem as condições:

Esteja em uma temperatura acima da temperatura de liquefação

Sua densidade estiver baixa

O tamanho das moléculas é muito menor do que a distância entre elas

As forças de atração elétrica entre as moléculas são desprezíveis

As moléculas têm comportamento randômico, isto é, tem igual probabilidade de se mover em qualquer

direção, podendo colidir entre si e com as paredes do recipiente se houver.

As colisões entre as moléculas são elásticas, não acarretando perda de energia.

aberto

Sistema Termodinâmico fechado

isolado

É uma parte do universo sob investigação.

Fronteira do Sistema

É a superfície que delimita o sistema termodinâmico. Pode ser concreta ou abstrata. Pode ser fixa ou móvel.


3/29

Vizinhanças do Sistema

É a parte de fora (exterior) do sistema, e que pode sofrer

ou exercer ação do (no) sistema. Assim que se define osistema e a fronteira do sistema, pode-se pensar na

vizinhança do sistema.

Sistema Termodinâmico

a) Aberto: É aquele que troca massa e energia com

suas vizinhanças.

b) Fechado: É aquele que só troca energia com as

suas vizinhanças. A sua massa permanece constante.

c) Isolado: É aquele que não troca nem massa, nem

energia com suas vizinhanças.

Exemplos – Selecionando a Fronteira do Sistema


4/29

4

Exercícios

1. Um gerador eólico é construído no alto de uma torre. A eletricidade é gerada à medida que o vento incide

constantemente através das pás da turbina. A saída elétrica do gerador alimenta uma bateria.

a) Considerando apenas o gerador eólico turboelétrico como o sistema, identifique as posições nas

fronteiras do sistema, onde o sistema interage com as vizinhanças. Descreva as mudanças que ocorrem

no sistema com o tempo.

b) Repita a análise para um sistema que inclui apenas a bateria.


5/29

5

2. Conforme ilustrado na figura abaixo, a agua

circula através de um sistema de tubulação,

suprindo várias necessidades domésticas.

Considerando o aquecedor de água como

um sistema, identifique os locais na fronteira

do sistema, onde o sistema interage com avizinhança e descreva o que ocorre no

interior do sistema. Repita a análise para a

lavadora de louças e para o chuveiro.

2. O balão de ar quente é o meio de transporte aéreo mais antigo da história da aviação. Um balão desse tipo

possui um envoltório ou um envelope de náilon para conter o ar atmosférico aquecido pelo queimador. Quando

aquecidos, os gases que compõem o ar atmosférico passam por transformação termodinâmica.

a) para o balão de ar quente determine se o sistema é: aberto, fechado ou isolada, o sistema, a fronteira e a

vizinhança.

b) quais são os efeitos do aumento de temperatura no ar atmosférico dentro do balão?


6/29

6

Variáveis de Estado ou Coordenadas de Estado

Podem ser: Intensivas ou extensivas

É uma quantidade física e mensurável que descreve o estado termodinâmico de um sistema: m, P, V, T.

Para o estudo dos gases as variáveis mais importantes são a massa de gás (m), pressão (P), volume (V) e

temperatura (T), no entanto para um estudo completo ainda devemos considerar:

energia cinética de translação

livre caminho médio

distribuição de velocidade das moléculas (velocidade média, velocidade média quadrática, velocidade

mais provável).

a) Variáveis de Estado: Extensivas

São variáveis de estado que dependem da massa do sistema. Ex.: V, n, ...

b) Variáveis de Estado: Intensivas

São variáveis de estado que independem da massa do sistema. Ex.: T, P, Ṽ , d, ...

Ex. densidade (d), pressão (P) P = FA Ṽ = d =

m

Obs.: A razão de duas variáveis extensivas gera uma variável intensiva.

Equação de Estado

É uma relação envolvendo as quatro variáveis básicas de estado (pressão, volume, temperatura, e

quantidade da substância).

A equação de estado determina as condições de existência de um material.

Relações simples de pressão, volume, temperatura e quantidade de matéria são relacionadas na

equação de estado.

Para situações mais complexas é necessário a análise de gráficos e tabelas numéricas, mas a relaçãoainda existe.

Ex. a equação de estado simples (aproximada) da dilatação de um gás é:

= 1 + ( − ) − ( − )


7/29

7

Equação do Gás Ideal – Lei Geral dos Gases Ideais – Equação de Clapeyron

Do ponto de vista da Termodinâmica, gás ideal é aquele para o qual vale, para quaisquer valores de

P e T, a equação de estado de Clapeyron:

PV=n R T Despreza o volume das moléculas e a força de interação entre elas

Pressão baixa e temperatura elevada (condição para gás ideal)

R: constante universal dos gases perfeitos. Seu valor depende das unidades utilizadas para medir as

variáveis de estado, podendo ser:

P: pressão

V: volume

T: temperatura

n: número de mols

O número de mols (n) do gás é dado pela razão entre a massa do gás (m) e sua massa molar (M):

Equação de Estado de Van der Waals

Do ponto de vista da Teoria Cinética, gás ideal é aquele cujas moléculas não interagem entre si e têm

apenas energia cinética de translação.

Os gases reais, para pressões não muito baixas e temperaturas não muito altas têm comportamento

que se desvia do comportamento ideal. A mais conhecida equação de estado para gases reais é a equação de

Van der Waals:

[P + a nV] (V − n b) =nRT

em que a e b, as chamadas constantes de Van der Waals, são parâmetros ajustáveis característicos de cada

gás em particular.


8/29

8

RESUMO - Equações – Estudos dos Gases Ideais

Lei Geral dos Gases Ideais =Equação de Estado de Van der Waals [P + a ] . − b = R . T

Grandezas e unidades de medida

Símbolo Grandeza Unidade SI Unidade derivada

P Pressão Pascal = Pa Atmosfera = atm

V Volume Metro cúbico = m³ Litro = L

n Quantidade de gás Moles = mol ---

T Temperatura Kelvin (K) Celsius = °C, mas SEMPRE K

R Constante dos gasesperfeitos

8,317 J/mol.K 0,082 atm.L/mol.K

a depende da força deatração entre as

moléculas, que reduz a

pressão do gás para dados

valores de n, V, T puxando

as moléculas para si depois

que elas empurram as

paredes do recipiente.

Pa.m³ ---

b volume de um mol de

molécula

m³/mol ---

Relação de transformação entre as unidade

1 atm = 101,325 Pa

1m³ = 1000 Litros

= +273

=0,082 .. = 8,317

.

Formulação da lei dos gases ideais

. =


9/29

9

Transformações termodinâmicas

Nome da Lei Boyle-Mariotte Charles e Gay-

Lussac

--- Avogadro --

Tipo de

transformação

termodinâmica

Isotérmica IsobáricaIsovolumétrica

ouIsocórica

--- Adiabática

Descrição da

transformação

Temperatura Te quantidade

de gás nconstantes

Pressão P e quantidade de

gás nconstantes

Volume V e quantidade de

gás nconstantes

Temperatura Te Pressão Pconstantes

Não há trocade calor com

o meioexterno

Consequência da

transformação

Pressão variaem função dovolume do gás

Temperaturavaria em

função dovolume

Pressão variaem função datemperatura

Número demoles varia em

função dovolume

Ocorrem emum sistema

isolado ou emcurtos

intervalos detempo

Equação . = . =

=

=

---


10/29

10

Exercícios

4. O volume de um gás em CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) de um gás correspondem a um

estado com uma temperatura de 0°C = 273,15K, a uma pressão de 1 atm = 1,013.105 Pa e possui 1 mol. Caso você

deseje manter um gás em CNTP, qual será o volume necessário?

5. Têm-se 8,0 mols de moléculas de um gás ideal a 27°C e sob pressão de 6,0 atm. Determine, em litros, o

volume ocupado por esse gás. Use R = 0.082 (atm.L)/(mol/K). Resposta: 32,8 L

6. Um tanque típico usado na prática de mergulho possui um volume igual a 11,0 L e pressão manométrica, quando

cheio, igual a 2,10 .107 Pa. O tanque “vazio” contém 11,0 L de ar a 21°C e 1atm (1,013. 105 Pa). Quando o tanque

é enchido com ar quente proveniente de um compressor, a temperatura é igual a 42°C e a pressão manométrica

é igual a 2,10.107 Pa. Qual foi a massa de ar adicionada ao tanque? (O ar é uma mistura de gases com cerca de

78% de nitrogênio, 21% oxigênio e 1% de outros gases; sua massa molecular media é aproximadamente igual a

28,8 g/mol = 28,8.10-3 kg/mol.) Resposta 2,54 kg

Determinar n para os estados: inicial e final, para calcular n2 – n1. Para obter a massa (n2 – n1 ). 28,8.10-3 kg/mol.

7. Um recipiente de volume igual a 80 L contém 10 mols de moléculas de um gás ideal, sob pressão de 5,0 atm.

Determine, em unidades SI, a temperatura do gás. Considere 1 atm = 105 Pa e R = 8,3 J/(mol.K) Resposta 481,9

8. Em um motor de automóvel, uma mistura de ar e gasolina é comprimida no interior do cilindro antes da

ignição. Um motor típico possui uma razão de compressão de 9,00 para 1; isso significa que o cilindro é

comprimido até um volume igual a 1/(9,00) do seu volume original. A pressão inicial é igual a 1,00 atm e a

temperatura inicial é de 27°C, se a pressão depois da compressão for igual a 21,7 atm, calcular a temperatura do

gás comprimido. Resposta 723 K.

Obs.: nenhuma das variáveis (pressão, volume ou temperatura) permanece constante

Utilizar a equação “inteira”: . =

Como não é informado valores numéricos para os volumes, utilizar a informação de proporção 1/(9,00) referente

aos volumes final e inicial, assim na equação substituir:

V 1=9,00.V 2 e V 2 = V 2 No final as “letras” que sobrarem na equação irão se cancelar.


11/29

11

9. Um mergulhador observa uma bolha de ar ascendendo do fundo de um lago (onde a pressão absoluta á igual a

3,50 atm) até a superfície (onde a pressão é de 1 atm). A temperatura no fundo do lago é igual a 4,0°C e a

temperatura na superfície é igual a 23,0°C.

a) qual a razão entre o volume da bolha quando ela atinge a superfície e o volume da bolha no fundo do lago?

Resposta 3,74 (como é razão não tem unidade de medida)

Obs.: razão é o mesmo que divisão!!!! Assim deveremos determinar V 2 /V 1 , utilizando a equação “inteira”:.

=

Considerar que as variáveis com subscrito 1 são do fundo do mar e subscrito 2 da superfície.

b) seria seguro para o mergulhador reter a respiração enquanto ele ascende do fundo do lago até a superfície?

Justifique a resposta.

10. O volume total dos pulmões para uma mulher de altura mediana é de aproximadamente 6,00 L. Uma mulher

enche seus pulmões com uma pressão absoluta de 1,00 atm. A seguir, retendo a respiração, o volume é reduzido

para 5,70 L. Qual a pressão do ar em seus pulmões? Suponha que a temperatura do ar permaneça constante.

Resposta 1,05 atm.

11. Um cilindro de paredes rígidas e êmbolo móvel sem atrito contém um gás em seu interior. Quando a

temperatura é 27 ° C o volume ocupado pelo gás é 5 L. Qual deve ser a temperatura para que o volume do gás

seja 8 L, mantendo a pressão constante? Resposta 480 K

12. Um recipiente contém um volume de 10 L de CO2 gasoso, a temperatura de 27°C. aquecendo o conjunto e

deixando que o êmbolo do recipiente se desloque livremente, a pressão do gás se manterá constante enquanto

ele se expande. Sendo 177°C a temperatura final, determinar o volume final do gás. Resposta 15 L

13. Uma lâmpada elétrica de filamento contém certa quantidade de um gás inerte. Quando a lâmpada está

funcionando, o gás apresenta uma temperatura de aproximadamente 127 oC e a sua pressão é igual a pressão

atmosférica. Supondo-se que o volume de gás no interior da lâmpada não varie de forma significativa, qual será a

pressão do gás à temperatura ambiente, de 27 oC, quando a lâmpada estiver desligada e estabelecido o equilíbrio

térmico com o ambiente? Resp. 0,75 atm


12/29

12

14. Um gás contido em um cilindro de volume V com pressão de 1 atm e temperatura de 27 oC. Esse cilindro tem

uma válvula de segurança que libera o gás se a pressão exceder 3 atm. Qual a temperatura máxima que esse gás

pode atingir para a válvula de segurança não seja acionada?

15. Por que a bomba esquenta quando se enche a câmara de ar de uma bicicleta?

16. Certa massa de gás perfeito, quando à temperatura de 227°C e sob pressão de 5,0 atm, ocupa um volume de

1000 L. Determine, em m³, o volume ocupado pela massa gasosa se, partindo das condições iniciais, a

temperatura for modificada para 327°C, sendo mantida a pressão. Resposta 1,2 m³

17. Um gás, inicialmente contido em um recipiente de 12 L e sob pressão de 2 atm, é transferido para outro

recipiente de 5 L à mesma temperatura. Calcule a nova pressão. Resposta 4,8 atm

18. Uma seringa contém 5 cm³ de ar sob pressão de 1 atm. Fecha-se a saída da seringa e comprime-se o êmbolo

até que o ar ocupe 2 cm³. Calcular a pressão adicional aplicada no êmbolo. Considere a temperatura ambiente

(200C) Resposta 2,5 atm.

19. No fundo do recipiente que contém um certo líquido, cuja temperatura é constante, existe uma bolha de ar.

Em certo instante, a bolha começa a subir até atingir a superfície livre do líquido

a) o volume da bolha ao alcançar a superfície do líquido é maior, menor ou igual ao volume na posição inicial?

Explicar.

b) que tipo de transformação gasosa você pode classificar esta situação?

20. Uma bola de futebol murcha, com volume de 1 litro, é colocada dentro de um recipiente com um êmbolo.

Inicialmente a pressão dentro do recipiente é de 1 atm. Lentamente o êmbolo é puxado de forma a aumentar o

volume dentro do recipiente. Observa-se que aos poucos a bola vai se inflando até tomar a sua forma esférica,

com um raio de 15 cm. Supor que o ar é um gás ideal e que durante todo o processo a temperatura do

recipiente é mantida constante.


13/29

13

a) analisar o que ocorre com a pressão dentro do recipiente

b) qual transformação gasosa ocorre na bola

c) calcular a pressão final da bola. ( = 4

) Resposta 0,07 atm

d) explicar, com base no modelo cinético molecular, por que uma bola de futebol totalmente cheia é mais rígida

do que uma bola parcialmente vazia

21. O gráfico representa as transformações de determinada massa de gás ideal. Com base na análise desse

gráfico, é correto afirmar que a transformação em:

a) AB é isobárica e a temperatura em A é 400K.

b) AB é isocórica e a temperatura em A é 600 K.

c) BC é isobárica e a temperatura em C é 300K.

d) BC é isotérmica e a temperatura em A é 300K.

e) CA é isotérmica e a temperatura em C é 500K.


14/29

14

Trabalho de um Gás

Calor (Q) : É energia em trânsito de um corpo para outro devido à diferença de temperatura entre eles.

Pressão (p): Matematicamente, a pressão média é igual ao quociente da resultante das forças perpendiculares

à superfície de aplicação e a área desta superfície.

= p= Pressão (Pa)

F=Força (N)

A=Área (m²)

Trabalho (W): Energia é a capacidade de realizar trabalho. O trabalho pode ser interpretado como o

movimento contra uma força, é calculado como:

Trabalho = força x distância W = F.d

Trabalho em uma transformação gasosa

Consideremos determinada quantidade de

gás contida em um cilindro provido de êmbolo que

pode deslizar sem atrito.

Cálculo do trabalho de um gás

=

= (. )() = (. )

=

Assim o trabalho realizado pelo gás será:


15/29

15

= = .

= .

Onde:

W = trabalho (Joules = J)

p = pressão (Newton/metro quadrado = N/m²)

V = volume (metro cúbico = m³)

Na termodinâmica, a capacidade de um sistema realizar trabalho, ou seja, o equivalente de energia, é

chamada sua energia interna, U.

Trabalho é a transferência de energia para um sistema por um processo equivalente ao aumento ou

redução de uma força. A energia interna de um sistema pode ser alterada pela realização de trabalho: ΔU = W.

Trabalho (W) é a energia que é transferida de um sistema para outro de tal modo que a diferença de

temperaturas não esteja envolvida.

As grandezas Q e W não são características do estado de equilíbrio do sistema, mas sim dos processos

termodinâmicos pelos quais o sistema passa quando vai de um estado de equilíbrio para outro. Desse modo, se

um sistema vai de um estado de equilíbrio inicial para outro estado de equilíbrio final, por dois caminhos diversos,

para cada caminho ele terá um valor de Q e W específico.

Exercícios

22. Um gás sofre uma expansão isotérmica para uma temperatura T, enquanto o volume varia entre os limites

V1 e V2 .

a) Qual o trabalho realizado pelo gás?


16/29

16

Resolução será literal, isto é, só com letras, sem a substituição por valores numéricos

O trabalho é calculado com a equação: = ∫

Da equação dos gases perfeitos ( = ) a pressão é =

Desenvolver a integral, Resposta =

b) O trabalho será positivo ou negativo? Justifique

23. É comum considerar a força que o gás aplica nos pistões de um motor como compensada por um peso que se

opõe à expansão do gás. Um cilindro, contendo um gás ideal, é vedado por um êmbolo de massa M, que pode

deslizar livremente, como mostra a figura.

O gás ocupa um volume de 1,0.10 -3 m³, e a pressão exercida sobre ele pelo êmbolo e pela coluna de ar atmosférico

acima dele é igual a 1,4.105 N/m². Recebendo certa quantidade de calor, o gás expande-se e passa a ocupar um

volume de 1,5 .1 0-3 m³.

a) Que tipo de transformação o gás sofreu?

b) Qual foi o trabalho realizado nesta

transformação? Resp. 70J

24. Dois mols de um gás ideal sofrem transformação representada pelo diagrama p.V seguinte.

a) Em qual dos dois pontos, A ou B, o gás temmaior temperatura? Justifique.

b) Qual é o módulo do trabalho realizado pelo

gás na transformação AB? Resp 4.920 J


17/29

17

25. No gráfico abaixo estão representadas transformações sofridas por um gás ideal. O gás passa do estado A para

os estados representados por B e C .

a) Identifique cada uma das transformações:

AB e BC .

b) Explique se a força do gás realiza trabalho

nas duas transformações.

26. A sequência de transformações ABCA, sofridas por um gás ideal, está representada no diagrama p.V abaixo.

Determine, utilizando unidades no SI:

a) o trabalho realizado em cada uma das

transformações ( AB, BC e CA)

b) o trabalho total na transformação ABCA.

27. Um gás ideal passou do estado A para o estado B, como mostra a figura abaixo. Sabendo que 1 atm = 10 5 Pa,

calcular o trabalho realizado pelo gás nessa transformação. CALCULAR A ÁREA DA CURVA = W

0 2 4 6 8 10

0

1

2

3

4

p(atm)

volume (L)

A B

0 2 4 6 8 10

0

1

2

3

4

p(atm)

volume (L)

A

B


18/29

18

28. Uma amostra de gás se expande a partir de uma pressão e um volume iniciais de 10 Pa e 1, 0 m³ para um

volume final de 2, 0 m³. Durante a expansão, a pressão e o volume são obtidos pela equação p = a V², onde a

= 10 N/m8. Determine o trabalho realizado pelo gás durante a expansão. Resposta 23,33 J

=

29. Assinale V (verdadeiro) ou F (falso) para as afirmações abaixo:

( ) Em uma transformação isotérmica, um gás ideal realiza trabalho absorvendo todo o calor que ele recebe.

( ) Não há realização de trabalho em uma transformação isobárica.

( ) O calor trocado em uma transformação isocórica é totalmente utilizado para variar a sua energia interna.

( ) Em uma expansão adiabática de um gás ideal, o trabalho é realizado apenas à custa da sua energia

interna.

( ) Transformação isovolumétrica é aquela que a pressão é mantida constante, variando apenas o volume e

a temperatura.

( ) A pressão que um gás exerce é uma função dos choques de suas moléculas contra as paredes do

recipiente que o contém.

30. Certa mostra de gás ideal monoatômico sofre o processo termodinâmico AB indicado no diagrama a

seguir, a uma temperatura de 327°C. Determine:

a) número de mols dessa amostra de gás (0,48mol)

b) a temperatura do gás no estado B, em °C(1727°C)

c) o trabalho realizado na expansão (3200J)

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10B

p ( 105N/m² )

V (10-3 m³)

A


19/29

19

31. Um gás ideal com 6 mols recebe 6000 J de calor e realiza uma transformação isotérmica conforme o

gráfico abaixo.

a) determinar o valor de x indicado no gráfico.

Resposta 60 m³

b) determinar o módulo do trabalho. Resposta6000 J

c) O gás realizou ou recebeu trabalho? Justificar.

Primeira Lei da Termodinâmica

A primeira lei da Termodinâmica é uma lei de conservação de energia que mostra a equivalência

entre calor e trabalho.

De acordo com essa lei: a variação da energia interna U do sistema é igual à diferença entre o calor

Q trocado pelo sistema e o trabalho W envolvido na transformação.

U = Q – W

Portanto, a variação da energia interna U de um sistema termodinâmico é o resultado de um balanço

energético entre o calor Q trocado e o trabalho W envolvido na transformação.

Análise da energia interna ( U)

U > 0 T aumenta o sistema esquenta

U = 0 T constante ou T final = T inicial (Transformação isotérmica)

U < 0 diminui o sistema esfria


20/29

20

Análise do calor (Q)

Q > 0 o sistema recebe calor

Q = 0

o sistema não troca calor (Transformação adiabática)

Q < 0 o sistema cede calor

Análise do trabalho (W)

W > 0 V aumenta o sistema realiza trabalho

W = 0 V constante (Transformação isovolumétrica)

W < 0 V diminui o sistema recebe trabalho

Transformações gasosas e a 1ª Lei da Termodinâmica

Transformação gasosa Restrição 1ª Lei da Termodinâmica

U = Q - W

Isotérmica U = 0 Q = W

Adiabática Q = 0 U = - W

Isovolumétrica W = 0 U = Q

Ciclo fechado Q = W = 0 U = 0

Exercícios

32. um gás ideal contido em um sistema cilíndrico e êmbolo recebe uma quantidade de calor igual a 5000 cal

e tem um aumento da energia interna de 1500 cal. Calcular o trabalho realizado pelo sistema. Resp. 3500 cal


21/29

21

33. Um gás absorve 50 cal de energia na forma de calor e expande-se, realizando um trabalho de 300 J.

Considerando 1 cal = 4J, determine a variação da energia interna. Resp. – 100J

34. um gás ideal contido em um sistema cilíndrico e êmbolo recebe uma quantidade de calor igual a 5000 cal

e tem um aumento da energia interna de 1500 cal. Calcular o trabalho realizado pelo sistema. Resposta

3500 cal

35. A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que o aumento ΔU da energia interna de um sistema é dado

por ΔU = ΔQ - T. Se um gás real sofre uma compressão adiabática, então:

a) ΔQ = ΔU. b) ΔQ = ΔT. c) ΔT = 0. d) ΔQ = 0. e) ΔU = 0.

36. Enquanto se expande, um gás recebe o calor 100J e realiza o trabalho 70J. Ao final do processo, podemos

afirmar que a energia interna do gás

a) aumentou 170 J.

b) aumentou 100 J.

c) aumentou 30 J.

d) diminuiu 70 J.

e) diminuiu 30 J.

37. Um gás ideal sofre uma expansão adiabática realizando um trabalho de 1000 J.

a) qual a quantidade de calor recebida pelo sistema? Justifique. Resposta 0 J

b) calcular a variação da energia interna. Resposta – 1.000 J

38. Um recipiente de volume V contém um gás perfeito. Fornece-se ao gás certa quantidade de calor semvariar o volume. Nessas condições, tem-se que:

a) O gás realizará trabalho equivalente à quantidade de calor recebida.

b) O gás realizará trabalho e a energia interna diminuirá.

c) O gás realizará trabalho e a energia interna permanecerá constante.

d) A quantidade de calor recebida pelo gás servirá apenas para aumentar a sua energia interna.

e) Nenhuma das anteriores.


22/29

22

39. Quando um gás ideal sofre uma expansão isotérmica,

a) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual ao trabalho realizado pelo gás na expansão.

b) não troca energia na forma de calor com o meio exterior.

c) não troca energia na forma de trabalho com o meio exterior.

d) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual à variação da energia interna do gás.

e) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da energia interna do gás.

40. Um recipiente rígido e fechado contém um gás ideal e monoatômico à temperatura de 300 K. O gás é

aquecido a volume constante e a temperatura final do gás passa a 600 K.

a) o que acontece com a energia cinética do gás?

b) o que acontece com a energia interna do gás?

c) ao se abrir uma válvula, mantendo a temperatura constante em 600 K, parte de um gás escapa e sua pressão

assume novamente o valor que possuía a 300 K. Nessas condições, a energia interna do gás remanescente

aumenta, diminui ou permanece constante? Justifique.

41. Um gás monoatômico sobre a transformação isobárica representada no diagrama abaixo.

a) O gás sofreu expansão ou compressão?

b) Qual foi o trabalho realizado pelo gás

nesta transformação? Resp – 180kJ

42. Um gás perfeito sofre as transformações AB, BC, CD e DA, descrevendo o ciclo no diagrama a seguir.

Determine para o ciclo:

a) o trabalho realizado pelo gás. Resp 1,2.105J

b) a variação da energia interna

c) a quantidade de calor trocada com o meio.Resp 1,2.105J


23/29

23

43. Um gás perfeito sofre as transformações AB, BC e CA, descrevendo o ciclo no diagrama a seguir. A

quantidade de gás é 0,02 mol. Determine para o ciclo:

a) A quantidade de calor trocada com o

meio. 30kJ

b) Em qual ponto, A, B ou C, a temperatura

do gás é maior

c) A transformação na qual o gás realiza

trabalho motor

44. Um sistema termodinâmico é levado de um estado inicial A para um outro estado B e de volta ao estado

A, passando pelo estado C , como é mostrado pela trajetória ABCA no diagrama p-V da figura abaixo.

a) Complete a tabela acima preenchendo-a com +

ou - para o sinal de cada grandeza termodinâmica

associada com cada etapa do ciclo.

Obs. Responder fazendo a análise através da primeira Lei da Termodinâmica

Q W ΔU

A B +

BC +

C A

b) Calcule o valor numérico do trabalho realizado pelo sistema para o ciclo ABCA completo. 20J

OBS. O trabalho é a área abaixo da curva no gráfico p versus V.


24/29

24

45. No diagrama a seguir a energia interna do sistema, em joules, é dada por U = 10 +2p.V, em que p é a

pressão, em Pa, e V, o volume em m³. Calcule, em joules, a quantidade de calor envolvida no processo AC.

Resposta 9 J.

46. O diagrama pV da figura abaixo indica uma série de processos termodinâmicos. No processo ab, 150 J de

calor são fornecidos ao sistema e no processo bd , 600 J de calor são fornecidos ao sistema.

a) Determinar a variação da energia interna no processo ab. Resposta 150J

b) A variação da energia da energia interna no processo abd. Resposta 750 J

c) A variação da energia da energia interna no processo acd. Resposta 510 J d) Determinar o calor do processo acd. Resposta 600 J.


25/29

25

47. A figura abaixo mostra um diagrama pV de um processo cíclico, aquele para o qual o estado inicial é o

mesmo para o estado final. Ele inicia o processo no ponto a do plano pV e realiza o ciclo no sentido anti-

horário atingindo o ponto b e a seguir retornando par o ponto a, o trabalho realizado é W = - 500 J.

a) por que o trabalho realizado é negativo?

b) determine a variação da energia interna e o calor trocado durante este processo.


26/29

26

EXPERIMENTO - LEI DE BOYLE

Materiais: seringa e bexiga

1. Puxe o êmbolo até o deslocamento máximo - começo da escala (figura abaixo). Nessas condições,

podemos afirmar que a pressão no interior da seringa é a pressão atmosférica? Justifique.

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

2. O que acontece com o volume de ar dentro da seringa quando você empurra o êmbolo para dentro?

O que acontece com a temperatura e a pressão dentro da seringa?

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

3. Agora, destampe a seringa e empurre o êmbolo até o final da escala (volume mínimo). Em seguida,

tampe novamente e puxe o êmbolo para cima. O que acontece com o volume, pressão e temperatura

dentro da seringa?

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

4. Por que no primeiro caso a seringa deve ser tampada somente após o êmbolo ser colocado no começo

da escala?

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________


27/29

27

5. Por que no segundo caso, ela deve ser tampada somente quando o êmbolo estiver no final da escala?

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

6. Coloque uma pequena bexiga com ar dentro da seringa (figura abaixo) e responda as questões abaixo.

7. Puxe o êmbolo até o deslocamento máximo. Com o dedo bloqueie a saída de ar na ponta da seringa

e pressione o êmbolo. O que acontece o volume da bexiga? Descreva o que ocorre com a temperatura

e a pressão dentro da bexiga? Justifique as suas respostas.

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

8. Empurre o êmbolo até o deslocamento máximo, sem pressionar a bexiga. Com o dedo bloqueie a saída

de ar na ponta da seringa e puxe o êmbolo para fora. O que acontece o volume da bexiga? Descreva

o que ocorre com a temperatura e a pressão dentro da bexiga? Justifique as suas respostas.

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________


28/29

28

EXPERIMENTO - LEI DE BOYLE-MARIOTTE - TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA

OBJETIVO: Comprovar a relação de proporcionalidade entre pressão e volume. Construir o gráfico de umatransformação isotérmica.

IMPORTANTE:

Se necessário retornar o pistão no ponto inicial das medidas este procedimento deverá ser feito com

a válvula aberta. O retorno do pistão com a válvula fechada danifica o manômetro do equipamento.

Aplicar ao manômetro uma pressão que seja no máximo 80% da pressão máxima da escala.

Observações:

1. A válvula estando aberta a pressão no interior do tubo é igual à pressão atmosférica local que será

considerada de p0.

po= 1 atm = 1,013 N/cm2 = 1,034 kgf/cm2.

2. Ao fechar a válvula e variar o volume a pressão no interior do tubo, será então a pressão atmosférica

acrescida do valor indicado pelo manômetro (pM). p = p0 + pM.

3. Ao invés de utilizar os valores de pressão no SI (N/m 2) eles podem ser anotados em kgf/cm2 para

evitar uma transformação de unidades desnecessária, já que o manômetro indica a pressão nessa unidade e

a régua indica o comprimento em centímetros. Assim o volume da coluna de ar será expresso em cm3.


29/29

Procedimentos Experimentais

1. Antes de fazer a leitura da pressão, realizar dois ou três toques leves na barra metálica para

acomodação do nanômetro.

2. Anotar na tabela abaixo o comprimento da coluna de ar e o valor da pressão para essa posição do

pistão.

L0 = 14,50 cm P0= 1 atm = 1,013 N/cm² = 1,034 kgf/cm².

3. Movimentar o pistão girando o manípulo conforme a tabela abaixo, anotar o valor indicado pelo

manômetro.

Análise dos Resultados e Conclusões

P0

Pressãoatmosférica(kgf/cm²)

PM

Pressãomanométrica(kgf/cm²)leitura

manômetro

Pressão damassa gasosa(kgf/cm²)

SomarP = P0 + PM

Comprimento daColuna de ar

L (cm)

Área daseçãoreta dotuboS (cm²)

Volumeda colunade arV (cm³)CalcularL x S

P.V(kgf/cm)

Calcular

1,034 14,5

9,08

1,034 13,5

1,034 12,5

1,034 11,5

1,034 10,5

1,034 9,5

1,034 8,5

1. Na tabela, o produto pV permaneceu constante? (Considerar uma tolerância de 5%).

2. Utilizando excel construir o gráfico da pressão em função do volume, p = f(V).

3. Qual o aspecto da curva obtida? Qual deve ser a relação de proporcionalidade entre a pressão e o

volume?

4. A curva obtida corresponde com a da transformação isotérmica prevista na teoria? Justifique

semelhanças ou diferenças.

aulas exerc 1 bim termo

Documents