Exercícios de Termo e Entropia

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Soluções de exercícios sobre Termo, ciclo de Carnot, aquecedor elétrico, entropia – 
Todos foram resolvidos no quadro – de 20 de novembro até 04 de dezembro de 2023 
1) Calcule o trabalho efetuado quando 1 mol de gás expande de 5 dm3 para 10 dm3, contra pressão 
constante de 1 atm 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2) Uma amostra contendo 1,0 mol de Ar sofre expansão isotérmica, a 0 0C, de 22,4 a 44,8 L: 
 a) reversivelmente; 
 b) contra uma pressão externa constante igual a pressão final do gás; 
 c) livremente, contra pressão externa zero. 
 Para os três processos calcule q, w e ∆U. Resposta em kJ. 
 
a) Expansão isotérmica 
reversível 
 
 
A energia interna de um gás 
perfeito só depende da 
temperatura. 
Se a T é constante, expansão 
isotérmica  ∆U = 0) 
 
T  0 0C = 273,15 K ≈ 273 K 
 
 
 
 
 
 
 
w > V
i
  ∆V ~ V
f 
. 
 
• w = - p
ext
 . nRT / p
ext
 = - nRT 
 n = quantidade de H
2
(g) produzido 
 Fe(s) + 2HCl(aq)  FeCl
2
(aq) + H
2
(g) 
 1,0 mol de Fe(s) gera  1,0 mol de H
2
(g) 
 Massa molar do Fe = 55,85 g mol-1 (ou ~ 55,9 g mol-1) 
 w = -(50,0 g / 55,85 g mol-1) x (8,314 J K-1 
mol-1) (298,15 K) 
 w = -2,22 kJ 
 
 A mistura reativa (o sistema) produz 2,22 kJ de trabalho que voltam para a atmosfera. 
 
5) A entalpia da fase de transição grafite  diamante, que ocorre a 2000 K, sob pressão de 1,0 
x 105 atm, é de +1,9 kJ mol-1. Calcule a variação de entropia da transição. 
 
 
 
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6) Calcule a eficiência de Carnot para uma máquina de vapor primitiva operando a vapor a 100 0C 
e descarregando a 60 0C. 
 Repita o cálculo para uma turbina a vapor que opera com vapor a 300 0C e descarrega a 80 0C. 
 
7) Uma máquina de calor opera entre 1000 K e 500 K. 
 a) Qual sua eficiência máxima? 
 b) Calcule o trabalho máximo que pode ser efetuado a cada 1,0 kJ de calor fornecido 
pela fonte quente. 
 c) Em um processo irreversível, quanto de calor é transferido para a fonte fria, para 
cada 1,0 kJ de calor que é fornecido pela fonte quente? 
 
 
 
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8) Um refrigerador opera reversivelmente entre 80 K e 200 K. Calcule o trabalho necessário para 
remover 2,10 kJ de energia da fonte fria para a fonte quente. 
 
 
9) Um ciclo de Carnot usa 1,0 mol de gás monoatômico perfeito, como substância de trabalho, 
a partir de um estado inicial de 10,0 atm e 600 K. 
Há expansão isotérmica para 1,0 atm (etapa 1), e, depois, adiabática, para uma temperatura 
de 300 K (etapa 2). 
A expansão é seguida por compressão isotérmica (etapa 3) e, depois, adiabática (etapa 4), 
voltando a seu estado inicial. 
Determine os valores de q, w, ∆U, ∆H, ∆S e de ∆S0 para cada etapa no ciclo e para o ciclo 
como um todo. Coloque suas respostas em uma tabela de valores. 
 
 
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10) Um bloco de cobre de 500 g, a 293 K, entra em contato térmico com um aquecedor 
elétrico de resistência de 1,0 kW e massa negligenciável. A corrente de 1,0 A é aplicada por 
15 s. Calcule a variação de entropia do Cu considerando Cp,m = 24,4 J K-1 mol-1. 
(Tip: q = I.t.V = I2.R.t); (Unidades: 1,0 J = 1,0 A V s = 1,0 A2 W s) 
 
O experimento acima é repetido com o cobre imerso em jato de vapor d´água que 
mantém sua temperatura a 293 K. Calcule a variação de entropia do Cu e da água neste caso. 
 
 
 
 
 
 
 
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