Lista4_Calor_2015.1 - EXERCÍCIOS COM RESPOSTA

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Universidade Federal do Oeste da Bahia – UFOB 
Engenharias Elétrica e Mecânica 
Física Geral II Período: 2015.1 
Lista 3- Temperatura, calor e 1ª Lei da termodinâmica 
 
Problemas 
Ondas – Temperatura, calor, trabalho e Leis da Termodinâmica 
 
Resp. 1-1375°X; 2-92.1°X 
 
Resp. 3- 0.011m; 4-29 cm3 
 
Resp. 5-52.731 cm; 6-11 cm2 
 
 
Resp. 7-160 s; 8-250 g; 9-33 g; 10-a) 20.3 kcal, b) 1.11 kcal, c) 873°C 
 
Resp. 33 m2 
 
Resp. 13.5°C 
 
Resp. 13-a) 8x102 W, b) 2x104 J; 14-a) 16J/s, b) 0.048g/s 
 
Resp. 15-a) 0.13 m, b) 2.3 km; 16-a) 1.23x103 W, b) 2.28x103 W, c) 1.05x103 W 
 
Resp. a) 1.4W, b) 3.3 
 
Resp. 0.50 min 
 
Resp. 0.81 J 
 
Resp. -30 J 
 
Resp. a) -200 J. b) -293 J. c) -93 J 
 
Resp. a) 120 J. b) 75 J. c) 30 J 
 
Resp. 60 J 
 
Resp. a) 8.0 J. b) -9.3 J 
 
Resp. a) 6.0 cal b) -43.0 cal c) 40 cal. d) 18 cal. e) 18 cal 
26- Um gás realiza dois processos. No primeiro, o volume permanece constante a 0.200 
m3 e a pressão cresce de 2.00 x105 Pa até 5.00 x105 Pa. O segundo processo é uma 
compressão até o volume 0.120 m3 sob pressão constante de 5.00 x105 Pa. a) Desenhe 
um diagrama PV mostrando estes dois processos e b) calcule o trabalho total realizado 
pelo gás nos dois processos. 
Resp. a) 0 J; b) –4.00x104 J. 
27 - Um mol de um gás ideal inicialmente a 4,00 atm e 350 K sofre uma expansão 
adiabática até 1,50 vez seu volume inicial. Calcule a temperatura e a pressão no estado 
final sabendo que o gás é a) monoatômico; b) diatômico com CV = 2,5R. 
Resp.: a) 267,8 K e 2,03 atm; b) 298 K e 2,27 atm. 
28-Um mol de gás ideal, inicialmente a 1 atm e a 0°C, é comprimido isotérmica e quase-
estaticamente até sua pressão atingir 2 atm. Calcular a) o trabalho necessário para 
efetuar esta compressão e b) o calor removido do gás durante a compressão. 
Resp. a) 1.57 kJ b) 1.57 kJ 
29 –Um gás ideal, inicialmente a 20°C e 200 kPa, ocupa um volume de 4L. O gás sofre 
uma expansão isotérmica, quase-estática, até a sua pressão reduzir-se a 100 kPa. 
Calcular a) o trabalho efetuador pelo gás e b) o calor injetado no gás durante a expansão. 
Resp. a) 555 J b) 555 J 
30- Um mol de um gás ideal monoatômico é aquecido isocoricamente de 300 K até 600 
K. a )Calcule o aumento de energia interna, o trabalho efetuado e calor trocado. b) 
Calcular as mesmas grandezas quando o gás é aquecido isobaricamente de 300 K até 
600 K. Usa a 1ª Lei da termodinâmica e o resultado do item a) para calcular o trabalho 
efetuado. c) Calcular o trabalho efetuado no item b) diretamente, usando dW=pdV. 
Resp. a) ∆U=3.74 kJ, W=0, Q=3.74 kJ b) ∆U=3.74 kJ; W=2.50 kJ, Q=6.24 kJ c) 2.49 kJ 
31- Repetir o exercício 31 para um gás que contém moléculas diatômicas que giram, mas 
não vibram. 
 
Resp. 32- a) 511 ms/. b) 73 K (-200°C) c) 1.17x103 K. 33- 9.53x106 m/s. 34- 1,9 kPa 
 
Resp. 35–50 J; 36-8,0 x103 J; 37-a) 0.375 mol, b) 1.09 103 J. c) 0.714 
 
Resp. 290 K ou 17°C 
39-Uma máquina térmica, com rendimento de 20%, efetua 100 J de trabalho em cada 
ciclo. a) Qual a quantidade de calor absorvida em cada ciclo? b) Qual a quantidade de 
calor rejeitada? 
Resp. a) 500 J, b) 400 J 
40-Uma máquina térmica recebe 100 J de calor e rejeita 60 J em cada ciclo. a) Qual o 
seu rendimento? b) Se cada ciclo for executado em 0.5 s, qual a potência da máquina? 
Resp. a) 40%, b) 80 W 
41-Uma máquina térmica tem potência de 200 W e um rendimento de 30%. Opera a 10 
ciclos/s. Qual a quantidade de calor absorvida e qual a rejeitada e cada ciclo? 
Resp. 66.7 J absorvidos e 46.7 J rejeitados por ciclo. 
42-Um refrigerador retira 500 J de calor de um reservatório frio e libera 800 J para um 
reservatório quente. Suponha falso o enunciado para máquinas térmicas da 2ª Lei da 
termodinâmica e mostre como uma máquina perfeita, trabalhando junto com este 
refrigerador, pode violar o enunciado para refrigeradores da segunda lei da 
termodinâmica. 
43-Uma máquina reversível, operando entre reservatórios térmicos nas temperaturas 
Tq e Tf, tem um rendimento de 20%. Operando com máquina térmica, fornece 100 J de 
trabalho em cada ciclo. Uma segunda máquina, operando entre os mesmos 
reservatórios, também realiza 100 J de trabalho em cada ciclo. Mostra que, se o 
rendimento da segunda máquina for maior que 20 %, as duas podem operar associadas 
e violar o enunciado de Clausius da segunda lei. 
44-Dois moles de um gás ideal, a T= 400 K, expandem-se isotérmica e quase-
estaticamente, do volume inicial de 40 L até o volume final de 80 L. a) Calcular a variação 
de entropia do gás. Sugestão: usar a equação 
2
1
ln
V
S nR
V
 
   
 
 
Resp. 11.5 J/K, b) 0 
Um sistema recebe, reversivelmente, 200 J de calor de um reservatório térmico a 300 K 
e, quando para do estado A para o estado B, rejeita, também reversivelmente, 100 J 
para um reservatório térmico a 200 K. Durante o processo, que é quase-estático, o 
sistema fornece 50 J de trabalho. a) Qual a variação de energia interna do sistema? b) 
Qual a variação de entropia do sistema? c) Qual a variação de entropia do universo? d) 
Quando o sistema passar do estado A para o estado B mediante um processo que não é 
quase-estático, quais serão as respostas das partes a), b) e c)? 
Resp. a) +50 J, b) +0.167 J/K, c) 0, d) a) e b) têm as mesmas respostas, mas em c) 
0uS 
 
Um refrigerador opera entre dois reservatórios a 200 K e 400 K. Em cada ciclo, absorve 
200 J do reservatório frio e rejeita 600 J para o reservatório quente. a) Qual o trabalho 
fornecido ao refrigerador em cada ciclo? b) Qual a variação da entropia do universo em 
cada ciclo? c) Se uma máquina de Carnot for usada como refrigerador entre estes dois 
reservatórios, qual o calor que seria rejeitado se fossem absorvidos 200 J do reservatório 
firo? Qual o trabalho que seria netão necessário? Sugestão: Use o fato de a variação de 
entropia do universo ser nula num processo reversível. 
Resp. a) 400 J, b) 0.50 J/K, c) 400 J. 
Um mol de um gás ideal sofre, inicialmente, uma expansão adiabática livre de V1=12.3 
L e T1= 300 K até V2=24.61 Le T2=300K. Depois, o gás sofre uma compressão isotérmica 
e quase-estática, retornando ao estado inicial. a) Qual é a variação da entropia do 
universo? neste ciclo? b)Qual a quantidade de trabalho que ser torna inaproveitável? c) 
Mostre que esta quantidade é igual a 
uT S
 
Resp. a) 5.76 J/K b) 1.73 kJ