Revis o I e II Unidade 2017 2.docx

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FUNDAMENTOS DE TERMODINÂMICA 
Resumo-Revisão de conteúdos 
Profa. Dra. Josedite Saraiva 
CALORIMETRIA 
 
Calor sensível - É a energia térmica em trânsito que 
provoca variação de temperatura sem haver mudança 
de estado físico. 
.Cp TQ m 
 
Calor latente - É a transferência de energia necessária 
para mudança de fase de uma dada massa m de uma 
substância pura. 
.Q mL
 
O princípio de conservação de energia requer que a 
energia que sai pelo calor da substância mais quente (de 
calor específico desconhecido) se iguale à energia que 
entra na água. 
A troca de calor entre dois corpos cessa quando for 
atingido o equilíbrio térmico. Qcedido + Qrecebido = 0 
 
( ), ( )
 ( ) = ( )
recebido a a eq a cedido eq x
a a eq a x x eq x
Q m c T T Q m c T T
m c T T m c T T
     
    
 
 
Em um calorímetro de capacidade térmica desprezível, 
há 200 g de gelo a -20°C. Introduz-se, no calorímetro, 
água a 20°C. O calor latente desolidificação da água é - 
80 cal/g e os calores específicos do gelo e da água 
(líquida) valem, respectivamente, 0,50 cal/g.°C e 1,0 
cal/g.°C. 
Calcule o valor máximo da massa da água introduzida, a 
fim de que, ao ser atingido o equilíbrio térmico, haja 
apenas gelo no calorímetro 
Rep. m= 20g 
Dados: Calor latente de fusão do gelo (a 0°C): Lf = 80 
cal/g. Calor latente de solidificação da água (a 0°C): Ls = 
– 80 cal/g. Calor latente de vaporização da água (a 
100°C): Lv = 540 cal/g. Calor latente de condensação do 
vapor (a 100°C): Lc = – 540 cal/g. 
Determine a massa de gelo a 0°C que é preciso colocar 
em contato com o alumínio para se obter uma 
mistura alumínio-água a 0°C. Sabendo que o bloco de 
alumínio de 500g está a uma temperatura de 80°C. 
Dados: calor específico do alumínio=0,21cal/g.°C; calor 
latente de fusão do gelo = 80cal/g. 
Resposta: m = 105g 
 
Ao receber a quantidade de calor Q= 600 cal, um corpo 
tem sua temperatura aumentada, sendo ∆T = 20 °C. 
Qual é a capacidade térmica do corpo? 
Resposta: 30 cal/°C 
Um corpo com capacidade térmica C= 25 J/°C está 
inicialmente à temperatura de 30 °C. Se o corpo recebe 
uma quantidade de calor Q= 200 J. Qual é a temperatura 
final do corpo? (Admita que não haja mudança de 
estado) Resposta: 38 °C 
 
Num recipiente de capacidade térmica desprezível e 
termicamente isolado, são colocados 20 g de água a 60 
°C e 100 g de lascas de alumínio a 40 °C. O equilíbrio 
térmico ocorre à temperatura de 50 °C. Qual o valor do 
calor específico sensível do alumínio? Dado: calor 
específico da água = 1 cal/g °C 
Resposta: 0,20 cal/g °C 
 
Determine a quantidade de calor necessária para que 
150g de gelo a -20 °C sejam transformados em água 
líquida 30oC. Dados: Lf=80 cal/g; calor específico do 
gelo c=0,50 cal/g°C; Calor específico da água líquida =1 
cal/g°C. 
 
Um dispositivo utilizado para a ebulição dissipa 200 W 
de potência, utilizada totalmente para aquecer 100g de 
água, durante 1 minuto. Qual a variação de temperatura 
sofrida pela água? Dados: 1 cal=4J e o calor específico da 
água é 1 cal /g°C 
Resp: 30 °C 
CONSERVAÇÃO DA ENERGIA – PRIMEIRA LEI DA 
TERMODINÂMICA 
 
Embora a energia assuma várias formas, a 
quantidade de energia total é constante, e quando 
energia em uma forma desaparece, ela reaparece 
simultaneamente em outras formas. 
 
2 2
Taxa de acumulo
Taxa líquida de energia
2 2
vc e s
vc vc e e e s s s
entra saida
vc
dE V V
Q W m U gz m U gz
dt
dE
dt
   
          
   
 
2
Taxa de acumulo
2
e
vc vc e e
entra
V
Q W m U    egz
2
2
s
s s
saida
V
m U
 
  
 
 
 sgz
Taxa líquida de energia
öu
U Q W
H Q W
  
  
 
 
 
 
 
 
 
 Sistema, ∆U 
 
 
Q+ 
W+ 
Q- 
W- 
 
 
2 
 
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Profa. Dra. Josedite Saraiva 
 
O ar é comprimido de 100 kPa para 500 kPa se a 
temperatura de entrada for 20 °C. Determine a 
potência do compressor necessária para um 
processo adiabático da Entrada para a saída 
supondo o fluxo de massa de 0,4 kg/s. Cp=1 kJ/kg.K, 
T2=464K. 
Rep: W=68,4 kJ/s 
 
 
LEIS DA TERMODINÂMICA - Processos 
 
 
 
 
 
 
 
Uma vez que a primeira lei trata da transferência de 
quantidades de energia é necessário estabelecer 
convenções de sinal para evitar confusão em 
nossas notações, sendo o calor adicionado a um 
sistema e trabalho realizado por um sistema são 
considerados quantidades positivas. Assim, se uma 
certa transformação é acompanhada pela absorção 
de 50 joules de calor e pelo dispêndio de 30 joules 
de trabalho, assinale a alternativa que corresponde 
a variação da energia interna do sistema. 
 
a) O sistema sofreu uma redução líquida na 
energia -30 J 
b) O sistema sofreu um aumento líquido na 
energia de +20 J 
c) O sistema sofreu um aumento líquido na 
energia de +80 J 
d) O sistema permaneceu com a energia 
interna constante 
e) O sistema sofreu uma redução líquida na 
energia -50 J 
 
 
A termodinâmica é uma teoria que trata das 
propriedades dos materiais sem levar em 
consideração a priori a estrutura interna do 
material. Em relação às leis da termodinâmica e 
suas consequências, assinale a opção correta. 
a) O trabalho é a variação de energia devido 
à diferença de temperatura. 
b) Nos processos reversíveis, a entropia de 
todas as partes do sistema aumenta. 
c) Nos processos irreversíveis, a entropia 
total do sistema permanece constante. 
d) Nos processos irreversíveis, não existe 
conservação da energia total do sistema. 
e) A soma do calor cedido ao sistema com o 
trabalho realizado sobre o sistema é igual ao 
aumento da energia interna. 
 
 
 
Você deseja comer um sorvete com 300 kcal, 
contudo terá que subir escadas correndo para 
garantir que não irá ganhar peso, isto é, que não 
haja variação de energia interna, para tal finalidade 
qual é a altura que você terá que subir? Dados: sua 
massa = 60 kg, (4186J=1 kcal) Dica! Trabalho W= 
Fxd = mgh 
Resposta: h=2137,8m 
 
 
Um ventilador consome 20 W de potência elétrica 
(trabalho), perde para o ambiente 80 W de calor 
quando em operação de descarga de ar para uma 
sala ventilada, havendo uma variação de energia 
interna de 30 W. Utilizando a conservação da 
energia verifique a validade dessa afirmação. 
 
 
1- Durante um processo de resfriamento o fluido 
perde 300 KJ de calor, e o sistema realiza 200 KJ de 
trabalho no fluido. Incialmente a energia interna do 
fluido é 800 KJ. Determine a energia interna final do 
fluido despreze a energia armazenada no processo. 
 
2- Um ventilador consome 20 W de potência 
elétrica (trabalho), perde para o ambiente 80 W de 
 
 
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calor quando em operação de descarga de ar para 
uma sala ventilada, havendo uma variação de 
energia interna de 30 W. Utilizando a conservação 
da energia verifique a validade dessa afirmação. 
 
3- Um gás ideal sofre uma compressão isobárica 
sob a pressão de 4x103 N m2 e o seu volume diminui 
0,2 m3. Durante o processo, o gás perde 1,8x103 J 
de calor. Determine a variação da energia interna 
do gás. 
Resposta: 1000J 
 
4- O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 
moles de gás ideal monoatômico recebem do meio 
exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado 
R=8,32 J/mol.K. 
 
5- Você deseja comer um sorvete com 300 kcal, 
contudo terá que subir escadas correndo para 
garantir que não irá ganhar peso, isto é, que não 
haja variação de energia interna, para tal finalidadequal é a altura que você terá que subir? Dados: sua 
massa = 60 kg, (4186J=1 kcal) Dica! Trabalho W= 
Fxd = mgh 
Resposta: h=2137,8m 
 
6- Durante um processo de resfriamento o fluido 
perde 300 KJ de calor, e o sistema realiza 200 KJ de 
trabalho no fluido. Incialmente a energia interna do 
fluido é 800 KJ. Determine a energia interna final do 
fluido despreze a energia armazenada no processo. 
Resposta: 700kJ 
 
7- Um gás é comprimido por um agente externo, ao 
mesmo tempo que recebe um calor de 400 J de 
uma chama. Sabendo-se que o trabalho do agente 
externo foi 700 J. a) Determine a variação de 
energia interna do gás. b) A energia interna do 
sistema aumentou ou diminuiu? 
 
SEGUNDA LEI e MÁQUINAS TÉRMICAS 
 
 
São dispositivos para converter calor (energia 
térmica) em trabalho atendendo a um ciclo 
termodinâmico ex. motores de combustão, 
máquinas a vapor etc. O desempenho de uma 
máquina é medido pelo trabalho realizado a partir 
da fonte quente inserida no sistema. 
Enunciado Kelvin-Planck: “Nenhuma máquina 
térmica pode ter uma eficiência de 100%” . Dessa 
forma, É impossível obter-se um rendimento de 
100% para uma máquina térmica, visto que não se 
pode atingir o zero absoluto de temperaturas. 
 
Enunciado Claussius define a direção do fluxo de 
calor: “O calor flui espontaneamente do corpo mais 
quente para outro de menor temperatura”. 
 
quente
 1 
qQuantidade utilizada
 =
Trabalho requerido W
liq frio
Máquina máxima
quente quente
bomba
W T
Q T
 
 
  
 
 
 
 
Uma bomba de calor fornece calor a uma taxa de 
10 kW para uma casa. Enquanto utiliza 4 KW de 
potencia W. Qual é o coeficiente de desempenho 
dessa bomba β sabendo 
 
quenteq
 
W
 
 
Resp: 2,5 
 
São necessários 2,6 × 105 Btu por dia para manter a 
temperatura em 21,1°C quando a temperatura 
externa é 0°C. (a) Se uma bomba de calor elétrica é 
usada para suprir essa energia, determine o 
fornecimento de trabalho teórico mińimo para um 
dia de operacã̧o, em Btu/dia. (b) Estimando a 
eletricidade em 8 centavos por kW ⋅ h, determine o 
custo teórico mińimo para operar a bomba de 
calor, em $/dia. (1kW.h/3413Btu) 
 
Rep: a) 18520,9 Btu/dia b) 0,43$/dia 
 
 
Um fluido entra em um condensador de uma 
bomba de calor residencial a 800 kPa, 35 °C a uma 
taxa de 3,164 kW , considerando que o compressor 
consome 1,2 kW de trabalho. Determine: 
a) A cop da bomba de calor 
b) Aplique o balanço de energia no 
compressor e determine a taxa de 
remoção de calor do ar externo 
Resp: a) =2,64, b)qfrio=1,96kW 
 
 
A citação fornecida é uma diretriz. Verifique a 
exatidão de cada citação antes de usar. 
A máquina térmica de maior rendimento é a 
máquina de Carnot (ideal), 
A área sob a curva é PxV fornece o trabalho 
realizado no ciclo. 
 
 
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O ciclo termodinâmico de uma máquina de Carnot 
é realizado pela substância de trabalho e é formado 
por duas isotermas e duas adiabáticas. 
 
 
 
 
 
 
1→2 
expansão isotérmica – o sistema 
transforma o calor recebido da fonte 
quente à temperatura T1 em trabalho; 
2 →3 
expansão adiabática – o sistema realiza 
trabalho e sua temperatura diminui de 
T1 para T2; 
3→4 
compressão isotérmica – o trabalho 
realizado sobre o sistema é convertido 
em calor, que é transferido para a fonte 
fria à temperatura T2; 
4 →1 
compressão adiabática – o trabalho 
realizado sobre o sistema produz um 
aumento de temperatura de T2 para T1. 
 
 
 
Uma máquina térmica bombeia água de uma 
mina subterrânea recebe 700 kJ de calor e 
produz 250 kJ de trabalho. Qual é a quantidade 
de calor rejeitada, em kJ? 
Resposta: 
450kJ
 
 
 
Uma máquina térmica com uma eficiência de 40% 
rejeita 1000 kJ. Qual é a quantidade de calor que a 
máquina recebe? 
Resposta:
1666,7 /kJ kg
 
 
3- Os estudos científicos desenvolvidos pelo 
engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot (1796-
1832) na tentativa de melhorar o rendimento de 
máquinas térmicas serviram de base para a 
formulação da segunda lei da termodinâmica. 
Acerca do tema, julgue as seguintes afirmativas: 
I. O rendimento de uma máquina térmica é a razão 
entre o trabalho realizado pela máquina num ciclo 
e o calor retirado do reservatório quente nesse 
ciclo. 
II. Os refrigeradores são máquinas térmicas que 
transferem calor de um sistema de menor 
temperatura para outro a uma temperatura mais 
elevada mediante um trabalho externo 
(compressor). 
III. É possível construir uma máquina, que opera em 
ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma 
fonte e transformá-lo integralmente em trabalho 
Assinale a alternativa incorreta: 
• a)(I) e (III) 
• b)(II) e (III) 
• c)(I) e (II) 
• d)Apenas a (I) 
• e)Apenas a (III) 
 
Questão 4 Uma máquina térmica recebe 800 J de 
calor de uma fonte quente, em uma temperatura de 
400 K, e rejeita 300 J para uma fonte fria. Calcule a 
temperatura da fonte fria e o trabalho realizado pela 
máquina e a eficiência térmica da máquina. Resposta: 
A temperatura da fonte fria T2 = 150 K, O trabalho 
realizado: W = 500 J, Eficiência = 62,5% 
 
 
 
 
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Um estudante de Fundamentos de 
Termodinâmica, fez as seguintes afirmações: 
( ) A variação da energia interna de um 
sistema em um processo termodinâmico é a 
diferença entre o trabalho realizado e o calor 
trocado com o meio. 
( ) O rendimento máximo de uma máquina 
térmica é 1. 
( ) A energia do universo sempre se mantém 
constante. 
( ) O calor sempre flui espontaneamente de 
um corpo quente para um corpo frio. 
Classifique as afirmações anteriores como 
verdadeiras (V) ou falsas (F), baseando-se, 
somente, no enunciado da Segunda Lei da 
Termodinâmica, e assinale a opção que contém 
a sequência correta, de cima para baixo. 
• a) F, V, V, F 
• b) F, F, F, V 
• c) V, F, V, V 
• d)V, F, V, F 
• e)V,V,V,F 
 
 
 
 
Bons estudos