MPEF UFRJ Termodinâmica Lista de Exercícios 1
Para questões desta lista, utilize a seguinte convenção de sinais:
• W positivo signica trabalho realizado pelo sistema;
• Q positivo é calor fornecido ao sistema;
• ∆U positivo é aumento da energia interna.
Questão 1. Um mol de um gás ideal ocupa inicialmente um volume V0 à temperatura T0 e pressão p0. Na imagem, estão representados em diagrama p×V três processos de expansão reversível que esse gás pode sofrer até atingir o volume V1.
I. Expansão a pressão constante;
II. Expansão a temperatura constante;
III. Expansão adiabática
a) Coloque os processos I, II e III em ordem crescente dos trabalhos realizados pelo gás.
b) Coloque os processos I, II e III em ordem crescente das variações de energia interna do gás.
c) Coloque os processos I, II e III em ordem crescente das quantidades de calor trocada pelo gás.
Questão 2. Um gás passa de um estado inicialApara um estado nalBpor meio de três processos diferentes I, II e III, respectivamente representados no diagrama p×V a seguir.
Coloque os processos I, II e III em ordem crescente das quantidades de calor trocada pelo gás.
Questão 3. Um sistema termodinâmico é levado de um estado inicial A a outro estado B e depois paraC. Por m, o sistema é trazido de volta até A conforme diagrama p×V a seguir.
a) Escreva na tabela os sinais+,−ou0(zero) das grandezas termodinâmicas associadas a cada processo.
Q W ∆U
A→B
Questão 4. Um sólido a temperatura TS e um gás a temperatura TG são colocados em contado térmico dentro de um recipiente adiabático cujo vo- lume é constante. Sabe-se que inicialmente TS > TG. A possível dilatação (ou contração) térmica do sólido é desprezível.
Sobre o contato térmico descrito, indique os sinais das grandezas termo- dinâmicas a seguir.
i. O trabalho realizado pelo sólido:
( ) positivo ( ) negativo ( ) nulo ii. O trabalho realizado pelo gás:
( ) positivo ( ) negativo ( ) nulo
iii. O trabalho realizado pelo sistema composto (sólido + gás):
( ) positivo ( ) negativo ( ) nulo iv. A quantidade de calor trocada pelo sólido:
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula v. A quantidade de calor trocada pelo gás:
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula
vi. A quantidade de calor trocada pelo sistema composto (sólido + gás):
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula vii. A variação da energia interna do sólido:
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula viii. A variação da energia interna do gás:
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula
ix. A variação da energia interna do sistema composto (sólido + gás):
( ) positiva ( ) negativa ( ) nula
Questão 5. Um recipiente de volume constante e paredes adiabáticas está dividido em duas partes iguais, cada uma com volume V0. Um gás ideal a temperatura T0 e pressão p0 está connado numa dessas metades. A outra metade está completamente vazia. A divisão entre as duas partes é removida e o gás passa a preencher todo o volume do recipiente. A esse processo damos o nome de expansão livre.
a) Qual a pressão nal do gás?
b) Qual é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão?
c) Qual a quantidade de calor absorvida (ou cedida) pelo gás durante a expansão?
d) Qual é a variação de energia interna do gás entre o início e o nal do processo?
Questão 6. Um gás ideal é mantido por meio de um pistão em uma das metades de um recipiente de paredes diatérmicas (que permitem trocas de calor). Inicialmente o gás ocupa um volume V0 e está a temperatura T0 e pressão p0. Num dado instante, o pistão é movido lentamente e o gás se expande reversivelmente, mantendo sempre a temperatura T0, até ocupar todo o recipiente, como mostra a sequência de guras a seguir.
a) Qual é o trabalho realizado pelo gás durante a expansão?
b) Qual é a variação de energia interna do gás entre o início e o nal do
Questão 7. Uma seringa com o bico fechado e contendo certa quantidade de um gás ideal é mergulhada em água que é aquecida lentamente. O embolo da seringa pode se mover livremente, com atrito desprezível.
a) Represente no diagrama p×V a evolução do volume e pressão durante o aquecimento;
b) Represente esse processo num diagrama V ×T.