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LISTA 2 DE EXERCÍCIOS 2024-02 
Fund. de Mecânica dos Fluidos e Termodinâmica Página 1 de 4 
P01. Um cilindro contém 0,0100 mol de hélio a uma temperatura T = 27,0 °C. (a) Qual é o calor necessário 
para aumentar a temperatura para 67,0 °C enquanto o volume permanece constante? Faça um desenho do 
diagrama PV para esse processo. (b) Se, em vez de manter o volume constante, a pressão do hélio fosse 
mantida constante, qual seria o calor necessário para aumentar a temperatura de 27,0 °C para 67,0 °C? 
Faça um desenho do diagrama PV para esse processo. (c) Qual é o fator responsável pela diferença obtida 
nos itens (a) e (b)? Em qual dos dois casos o calor necessário é maior? O que ocorre com o calor adicional? 
(d) Caso o sistema fosse um gás ideal, qual seria a variação da energia interna do item (a)? E do item (b)? 
Como você compara as duas respostas? Por quê? Resp: a. 4,99 J; b. 8,31 J; 
P02. Quando uma quantidade de gás monoatômico ideal se expande a uma pressão constante de 4,0 × 104 Pa, 
seu volume aumenta de 2,0 × 10-3 m3 para 8,0 × 10-3 m3. Qual é a variação da energia interna do gás? 
Resp: 360 J 
P03. Um cientista adiciona 970 J de calor a 1,75 mol de um gás ideal para aquecê-lo de 10,0 °C a 25,0 °C sob 
pressão constante. O gás realiza -223 J de trabalho durante a expansão. (a) Calcule a variação de energia 
interna do gás. (b) Calcule 𝛾 para o gás. Resp: a. 747 J; b. 1,30 
P04. O gás propano (C3H8) se comporta como um gás ideal com γ = 1,127. Determine o calor específico molar 
a volume constante e o calor específico molar à pressão constante. 
Resp: 65,6 J/mol K e 73,8 J/mol K. 
P05. A temperatura de 0,150 mol de um gás ideal é mantida constante em 77,0 °C enquanto seu volume é 
reduzido para 25,0% de seu volume inicial. A pressão inicial do gás é 1,25 atm. (a) Calcule o trabalho 
realizado pelo gás. (b) Qual é a variação de sua energia interna? (c) O gás troca calor com suas 
vizinhanças? Se sim, qual é o valor absoluto desse calor? O gás absorve ou libera calor? 
Resp: (a) -605 J (b) 0 (c) sim, 605 J, libera 
P06. Cinco moles de gás ideal monoatômico possuem pressão inicial de 2,50 × 103 Pa e um volume inicial de 
2,10 m3. Enquanto sobre uma expansão adiabática, o gás realiza 1.480 J de trabalho. Qual é a pressão 
final do gás após a expansão? Resp: 1,49 kPa. 
P07. Um jogador de basquete faz a bola bater no chão, comprimindo-a a 80,0% de seu volume original. O ar 
(suponha que seja essencialmente um gás N2) dentro da bola está originalmente à temperatura de 20,0 °C 
e a uma pressão de 2,00 atm. O diâmetro interno da bola é 23,9 cm. (a) A que temperatura o ar chega na 
bola em sua compressão máxima? Suponha que a compressão seja adiabática e trate o gás como ideal. 
(b) De quanto é a variação da energia interna do ar entre o estado original da bola e sua compressão 
máxima? Resp: a 47,4°C; b. 345 J. 
P08. Dentro de um pistão isolado termodinamicamente com paredes adiabáticas, foi colocado nitrogênio 
gasoso comprimido a um volume de 50 ml. A pressão no interior do pistão é de 8,00 atm e a temperatura 
é de 169°C, enquanto o exterior permanece a pressão atmosférica e a 25°C. Sabendo que o êmbolo deste 
pistão pode se mover livremente. Calcule a pressão, o volume e a temperatura deste sistema após este 
atingir a situação de equilíbrio. 
P09. Em um certo processo, o calor libertado pelo sistema é 2,15 × 105 J e, ao mesmo tempo, o sistema se 
contrai sob a ação de uma pressão externa constante de 9,50 × 105 Pa. A energia interna é a mesma no 
estado inicial e no estado final. Calcule a variação do volume do sistema (o sistema não é um gás ideal). 
R. -0,226 m³. 
M01. Um motor a diesel produz 2.200 J de trabalho mecânico e rejeita 4.300 J de calor em cada ciclo. (a) Qual 
deve ser a quantidade de calor a ser fornecida para a máquina em cada ciclo? (b) Qual é a eficiência 
térmica da máquina? Resp: 6500 J e 34 %. 
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M02. Um freezer possui um coeficiente de desempenho igual a 2,40. O freezer deve converter 1,80 kg de água 
a 25,0 °C em 1,80 kg de gelo a -5,0 °C em uma hora. (a) Que quantidade de calor deve ser removida da 
água a 25 °C para convertê-la em gelo a -5 °C? (b) Qual é a energia elétrica consumida pelo freezer 
durante uma hora? (c) Qual é a quantidade de calor rejeitado para a sala na qual o freezer está localizado? 
−8.09×105 J.; 3.37×105 J.; 1.15×106 J. 
M03. Uma máquina de Carnot cujo reservatório quente está a uma temperatura de 620 K absorve 550 J de calor 
nessa temperatura em cada ciclo e fornece 335 J para o reservatório frio. (a) Qual é o trabalho produzido 
pela máquina durante cada ciclo? (b) Qual é a temperatura da fonte fria? (c) Qual é a eficiência térmica 
do ciclo? Resp: (a) 215 J (b) 378 K (c) 39,0% 
M04. Certa marca de freezer anuncia que usa 730 kW · h de energia por ano. (a) Supondo que o freezer funcione 
durante 5 horas todos os dias, quanta potência ele requer enquanto está em funcionamento? (b) Se o 
freezer mantém seu interior a uma temperatura de -5,0 °C em uma sala a 20,0 °C, qual é seu coeficiente 
de desempenho teórico máximo? (c) Qual é a quantidade máxima teórica de gelo que esse freezer poderia 
fazer em uma hora, partindo de água a 20 °C? Resp: 400 W; 10.7; 36,9 kg. 
M05. Uma máquina térmica de Carnot usa um reservatório quente, que consiste em uma grande quantidade de 
água fervente, e um reservatório frio, formado por um grande tanque de gelo e água. Em 5 minutos de 
funcionamento, o calor rejeitado pela máquina derrete 400 g de gelo. Durante esse tempo, quanto trabalho 
𝑊 é realizado pela máquina? Resp: 4,89 kJ 
M06. Um bloco de gelo de 15,0 kg a 0,0 °C se liquefaz a 0,0 °C dentro de uma sala grande com temperatura de 
20,0 °C. Considere o gelo e a sala um sistema isolado, e suponha que a sala seja grande o bastante para 
que sua variação de temperatura possa ser desprezada. (a) A liquefação do gelo é reversível ou 
irreversível? Explique, usando raciocínio físico simples e sem recorrer a nenhuma equação. (b) Calcule a 
variação de entropia total do sistema durante esse processo. Comente se esse resultado é compatível ou 
não com a sua resposta à parte (a). Resp: 1.250 J/K 
M07. Em um processo reversível, 3 moles de um gás ideal são comprimidos isotermicamente a 20,0°C. Durante 
a compressão, um trabalho de 1.850 J é realizado sobre o gás. Qual é a variação de entropia do gás? Resp: 
-6.31 J/K 
M08. (a) Calcule a variação de entropia quando 1,00 kg de gelo a 0 °C derrete e convertido em vapor d’água a 
0 °C (b) Calcule a variação de entropia quando 1,00 kg de água a 100 °C é vaporizado e convertido em 
vapor d’água a 100 °C (c) Explique a diferença entre os valores calculados. 
M09. Uma máquina térmica usa 0,350 mol de um gás diatômico ideal e 
executa o ciclo indicado no diagrama PV da Figura. O processo 12 
ocorre a volume constante, o processo 23 é adiabático e o processo 
31 ocorre a uma pressão constante de 1,0 atm. O valor de g para esse 
gás é 1,40. (a) Ache a pressão e o volume nos pontos 1, 2 e 3. (b) 
Calcule 𝑄, 𝑊 e Δ𝑈 em cada um dos três processos. (c) Ache o 
trabalho total realizado pelo gás no ciclo. (d) Calcule o fluxo de 
calor total para o interior da máquina em um ciclo. (e) Qual é a 
eficiência térmica da máquina? (f) Qual seria a eficiência dessa 
máquina, se ela operasse em um ciclo de Carnot? 
 
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M10. Você constrói uma máquina térmica que requer 1,0 mol 
de um gás ideal diatômico em todo o ciclo mostrado na Figura ao 
lado. Calcule a eficiência térmica da máquina. Resp: 8,7% 
 
 
 
M11. Um cilindro contém oxigênio a uma pressão de 2,00 atm. Seu volume é 4,00 L e a temperatura é 300 K. 
Suponha que o oxigênio possa ser considerado um gás ideal. O oxigênio é submetido aos seguintes 
processos: (i)Aquecido à pressão constante do estado inicial (estado 1) até o estado 2, cuja temperatura 
é 450 K. (ii) Resfriado a volume constante até 250 K (estado 3). (iii) Comprimido à temperatura 
constante até um volume de 4,00 L (estado 4). (iv) Aquecido a volume constante até 300 K, fazendo o 
sistema retornar ao estado 1. (a) Mostre esses quatro processos em um diagrama PV, fornecendo os 
valores numéricos de P e V em cada um dos quatro estados. (b) Calcule Q e W em cada um dos quatro 
processos. (c) Encontre o trabalho total realizado pelo oxigênio no ciclo completo. (d) Qual é a eficiência 
desse dispositivo como máquina térmica? Como se compara essa eficiência com a de um ciclo de Carnot 
entre as mesmas temperaturas extremas de 250 K e 450 K? 
Resp: (a) 1: 2,00 atm, 4,00 L; 2: 2,00 atm, 6,00 L; 3: 1,11 atm, 6,00 L; 4: 1,67 atm, 4,00 L (b) 12: 1.422 
J, 405 J; 23: -1.355 J, 0; 34: -274 J, -274 J; 41: 339 J, 0 (c) 131 J (d) 7,44%; e -0,168eC 
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M12. 
 
M13. Assim como uma máquina que opera no ciclo Otto, as que 
operam no ciclo Diesel também são caracterizadas por uma taxa 
de compressão de motor 𝑟. Contudo, as máquinas Diesel 
também são caracterizadas por uma razão de corte 𝛼, que é a 
razão entre o volume no final da combustão e o volume no início 
da combustão. (a) Levando isso em consideração, obtenha uma 
expressão da eficiência de um motor que opera no ciclo Diesel. 
(b) Considerando que 39% da energia obtida pela queima do 
combustível é desperdiçada ao longo do ciclo, calcule a taxa de 
compressão desse motor, sabendo que a razão de corte é 2.5.