F5_-_Lista_20_-_1_lei_da_termodinâmica

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ITA – F5 – LISTA 20 
1ª LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
Prof. Igor Ken 
 
1 
1. Um mol de um gás ideal monoatômico, a 17°C, tem sua pressão 
reduzida à metade por um processo isotérmico. Determine o trabalho 
realizado pelo gás. 
Dado: ln 2 = 0,69; R = 8,31J/mol∙K 
 
2. Um mol de um gás ideal, inicialmente na CNTP, sofre: (1) uma 
compressão isotérmica até um volume de 5 L, seguida de (2) uma 
expansão adiabática até retornar ao volume inicial, atingindo uma 
pressão final de 0,55 atm. 
a) Calcule a pressão ao fim da etapa (1) e a temperatura ao fim de 
(2). 
b) Calcule os calores específicos molares para este gás. 
c) Calcule a variação total de energia interna. 
d) Calcule o trabalho total realizado. 
 
3. Dois mols de um gás ideal monoatômico a uma temperatura de 27 ℃ 
ocupa um volume V. O gás se expande adiabaticamente até atingir 
um volume 2V. Calcule: 
a) a temperatura final do gás 
b) mudança na sua energia interna 
c) o trabalho realizado pelo gás durante este processo 
 
4. A pressão P, o volume V e a temperatura T de certo material estão 
relacionados através da equação: 
−
=
2T T
P
V
α β
 
Onde α e β são constantes. Encontre uma expressão para o trabalho 
realizado pelo material se a temperatura variar de T1 até T2 enquanto 
a pressão permanece constante. 
 
5. Numa experiência, aquece-se uma amostra de 12,0 g de oxigênio de 
25 °C a 125 °C a pressão atmosférica constante. Determine: 
a) O número de mols de oxigênio nessa amostra. 
b) A quantidade de calor transferida para a amostra. 
c) A fração do calor usada para aumentar a energia interna do 
oxigênio. 
 
6. (OBF) Um gás ideal sob pressão de 3 atm, temperatura de 327 °C e 
ocupando um volume de 9 litros, sofre um processo adiabático, 
atingindo um volume de 1 litro. Considere que o expoente de Poisson 
para este gás é γ = 1,5. Determine a pressão e a temperatura do gás 
ao final do processo. 
 
7. Um recipiente é dividido por um pistão de massa m que pode se 
mover livremente sem atrito. A parede da esquerda é preenchida com 
n mols de um gás ideal diatômico, enquanto que na parte direita do 
recipiente, é feito vácuo. O pistão é conectado à parede da direita por 
meio de uma mola de constante elástica K, cujo comprimento natural 
é igual ao comprimento do recipiente. Considere a constante universal 
dos gases igual a R. 
 
a) Determine a capacidade térmica do sistema. 
 
A partir da posição de equilíbrio, é dada uma pequena perturbação. 
Determine o período de oscilação do pistão no caso de a 
transformação decorrente da perturbação ser: 
b) isotérmica; 
c) adiabática. 
Caso necessário, utilize a aproximação: +  +n(1 x) 1 nx, x 1 
 
8. Sejam A e B dois cilindros iguais de volume V, contendo o mesmo gás 
ideal monoatômico à temperatura T sob pressões 2P e P, 
respectivamente. A válvula que conecta os dois cilindros é 
ligeiramente aberta e, havendo vazamento de gás de A para B, a 
pressão em A é mantida em 2P, fazendo uso de um pistão móvel. O 
processo continua até que o gás no cilindro B atinja a pressão 2P, 
quando o sistema entra em equilíbrio. Considerando a constante 
universal dos gases igual a R, determine o volume final do gás no 
compartimento A e a temperatura de equilíbrio. 
Considere o sistema isolado termicamente. 
 
 
 
GABARITO 
 
 
1. 1662,8 J 
2. a) 4,48 atm e 150 K 
b) CV = 2,5R e CP = 3,5R 
c) – 2557 J 
d) – 847 J 
3. a) 189 K b) – 2767 J c) 2767 J 
4. = − − −2 22 1 2 1W (T T ) (T T )α β 
5. a) 0,375 mol b) 1090,7 J c) 0,714 
6. 81 atm e 1800 K 
7. a) 3nR b) 
m
2
2K
π c) 
5m
2
12K
π 
8. =
7
V ' V
10
 e =
17
T' T
15