Lista - Termodinâmica

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DISCIPLINA – FÍSICA ONDAS E CALOR
PROF – SÉRGIO BORGES
CURSO – ENGENHARIAS
TERMODINÂMICA – 2012 - 2 
1 - Qual a diferença entre calor e temperatura?
b) Explique o experimento realizado por pelo cientista inglês J. Black para explicitar esta diferença.
Resp = Discussão em classe.
 
2 – Um cilindro de alumínio de 10cm de comprimento e secção reta com área igual a 20cm² deve ser usado para separar duas paredes de aço. a 17,2˚C ele está quase escorregando entre as duas paredes. Quando aquecido até 23,3 ˚C, calcule a tensão no cilindro e a força total que ele exerce sobre cada parede, supondo que as paredes sejam completamente rígidas e a distância entre elas permaneça constante. supondo que as paredes sejam completamente r duas paredes de aço 00C.��������������������������������������������������������� 
Resp = -8,6 X 10 (6) Pa; -1,7 x 10 (4) N.
3 - Um chip com embalagens de cerâmica de 40 pinos possui R(térmico) 40K/W. Se a temperatura máxima que o circuito pode tolerar com segurança não pode superar 120 ˚C, qual é o mais elevado nível de potência que o circuito pode tolerar com segurança para uma temperatura ambiente igual a 75˚C? 
Resp = 1,1 W. 
4) Sabendo-se que a área total do corpo humano é igual a 1,20m² e que a temperatura da superfície é 30˚C = 300K. Calcule a taxa total de transferência de calor do corpo por radiação, sabendo-se que o meio ambiente está a uma temperatura de 20˚C, qual é a taxa resultante do calor perdido pelo corpo por radiação? A emissividade do corpo é próxima da unidade, independentemente da cor da pele.
Resp = 574W; 72W. 
5) Um gás perfeito sofre uma transformação na qual a temperatura permanece constante. O gráfico que representa esta transformação é :
 Resp = d.
6) Uma caixa de isopor usada para manter bebidas frias em um piquenique possui uma área total (inclusive a tampa) de 0,80m² e a espessura da parede é igual a 2,0cm. Ela está cheia de água, gelo e latas a 0˚C. Qual a taxa do fluxo de calor para o interior da caixa se a temperatura da parede externa for igual a 30˚C? Qual a quantidade de gelo que se liquefaz durante um dia?
Resp = 12W; 3,1 Kg. 
7) O teto de uma casa em uma cidade de clima frio deve ter uma resistência térmica R de 30m².K/W. Para isso, qual deve ser a espessura de um revestimento de espuma de poliuretano e uma de prata? 
8) O gráfico representa a variação da temperatura de um corpo sólido, em função do tempo, ao ser aquecido por uma fonte que libera energia a uma potência constante de 150 cal/min. Sendo a massa do corpo igual a 100g, o seu calor específico será de:
Resp = 0,75 cal/g.˚C. 
9) A passagem da fase sólida para líquida de 200 g de uma substância determinada, em função do calor Q absorvido, é representada no gráfico abaixo. Calcule os calores específicos dessa substância, nas fases sólida e líquida.
Resp = 0,8 e 0,4 cal/g. °C.
10) O gráfico abaixo representa a variação de energia interna de 1 mol de determinado gás, a volume constante, em função da sua temperatura. Determine a variação de energia interna, a quantidade de calor absorvida e o trabalho realizado pelo gás.:
Resp = 2,0Kcal.
11) Considere as afirmativas abaixo, relacionadas às transformações de um gás ideal mostradas na figura:
I - Na transformação ac, o sistema realiza trabalho e recebe calor.
II - As transformações ac e bc têm a mesma variação de energia interna..
III - Na transformação bc, o trabalho é nulo e o sistema cede calor à vizinhança.
Entre as alternativas seguintes, a opção correta é:
apenas I e III são verdadeiras
apenas II e III são verdadeiras
todas são verdadeiras
apenas I e II são verdadeiras
todas são falsas.
Resp = a.
12) Um mol de um gás ideal sofre uma expansão isotérmica em uma temperatura T =300K, enquanto o volume varia entre os limites V1 = 2,0 m³ e V2 = 4,0 m³. Qual o trabalho realizado pelo gás?
Resp = 172,8 J.
13) – Uma amostra de gás se expande a partir de uma pressão e um volume iniciais de 10 Pa e 2m³ para um volume final de 4m³. Durante a expansão, a pressão e o volume são obtidos pela equação p = Av² + 4 , onde a = 20 N/m(3). Determine o trabalho realizado pelo gás durante a expansão.
Resp = Discussão em classe.
14) - Uma amostra de gás se expande de 1m3 para 4m3 enquanto a sua pressão diminui de 40Pa para 10Pa . Quanto trabalho é realizado pelo gás se a sua pressão varia com o volume passando por cada uma das três trajetórias mostradas no diagrama p-V da figura ao abaixo?
b) Sabendo-se que em cada trajetória foi fornecido ao gás 500cal (calor), determine a variação de energia interna em cada trajetória. 
Resp = Discussão em classe.
15) - Um sistema termodinâmico é levado de um estado inicial A para um outro estado B e de volta ao estado A , passando pelo estado C, como é mostrado pela trajetória ABCA no diagrama p-V da figura à seguir.
-
b) Calcule o valor numérico do trabalho realizado pelo sistema para o ciclo ABCA completo.
Resp = Discussão em classe.
16) – O diagrama PV (fig. abaixo) indica uma série de processos termodinâmicos. No processo (ab), 150J de calor são transferidos para o sistema e no processo (bd), 600J. 
Determine a variação de energia interna no processo (ab) .
A variação de energia interna no processo (abd).
A variação de energia interna no processo (acd).
Resp = 150J; 510J; 600J. 
17) Determine o trabalho realizado sobre um fluido que se expande de i para f (diagrama abaixo). Quanto trabalho é realizado sobre o fluido se ele for comprimido de f para i ao longo da mesma trajetória? 
Resp = 12 x 10 (6) J.
18 – Uma amostra de gás se expande a partir de uma pressão e um volume iniciais de 20 Pa e 1m³ para um volume final de 3m³. Durante a expansão, a pressão e o volume são obtidos pela equação p = aV² - 6 , onde a = 20 N/m(3). Determine o trabalho realizado pelo gás durante a expansão.
Resp = 160 J.
19) - Um condicionador de ar de Carnot pega energia da energia térmica de uma sala a 80˚F e a transfere para um ambiente externo, que está a 106˚F; Para cada Joule de energia elétrica necessária para operar o condicionador de ar, quantos Joules de calor serão removidos do quarto?
Resp = 21,4 j/CICLO..
20) – O motor gasolina de um caminhão grande consome 10000J de calor e realiza 2000J de trabalho mecânico em cada ciclo. O calor é obtido pela queima da gasolina com calor de combustão Lc = 50 x 10³ J/g.
a) Qual a eficiência térmica desta máquina?
b) Qual é a quantidade de calor rejeitada em cada ciclo?
c) Qual é a quantidade de gasolina queimada em cada ciclo?
d) Se o motor completa 25 ciclos por segundo, qual é a potencia fornecida em Watts?
e) Qual é a quantidade de gasolina queimada por segundo e por hora? 
Resp = 20%; -8000J; 0,2g; 50KW; 5,0g/s; 18kg/h.
21) - Um motor de Carnot cujo reservatório a baixa temperatura está a 7˚C apresenta um rendimento de 30%. Deseja-se aumentar o rendimento para 50%. De quantos graus precisamos elevar a fonte quente? 
Resp = 210 k.
22) - Um motor de Carnot, cuja fonte quente está a 127˚C, recebe 100cal por ciclo a esta temperatura e rejeita 80cal à fonte fria. Determine a temperatura da fonte fria. 
 
Resp = 320 K.
23) – Uma certa máquina de Carnot absorve 2000J de calor de um reservatório a 500K, realiza trabalho e desperdiça calor para um reservatório a 350 K. 
Qual foi o trabalho realizado? 
Qual a quantidade calor rejeitada?
Qual a eficiência desta máquina?
Resp = 600 J; 1400 J; 30 %.
24) - Um inventor afirma que construiu uma máquina que extrai Q1 = 25x106 cal de uma fonte à temperatura de 600K e que rejeita Q2 = 10x106 cal para uma fonte à temperatura de 300K.
Determine o rendimento dessa máquina com base nos valores de Q1 e Q2.
Determine o rendimento dessa máquina com base no princípio de Carnot (2a. lei da termodinâmica).Explique se é viável investir na construção dessa máquina
Resp – 60 %; 50 %; inviável.
25) - Num ciclo de Carnot, a expansão isotérmica de um gás ideal acontece a 400K e a compressão isotérmica a 300K. Durante a expansão, 500cal de calor são transferidos pelo gás. Calcule:
O trabalho realizado pelo gás durante a expansão térmica?
O calor rejeitado pelo gás durante a compressão isotérmica.
 c) O trabalho realizado pelo gás durante a compressão isotérmica?