Gabarito AP2 ICF2 2014 1 V1.2

Prévia do material em texto

Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014 AP2 de ICF2 
 
AP2-1
o
sem-2014 
 
1
AVALIAÇÃO 
PRESENCIAL2 
 
ICF2 
 
 
 
 
 
Nome:____________________________________________________ 
 
Polo: ____________________________________________________ 
 
 
Atenção: 
• Você está recebendo a AP2 de ICF2 com 4 Questões 
• As respostas só serão aceitas no CADERNO DE RESPOSTAS 
• Respostas sem justificativas ou sem apresentação dos cálculos não 
serão aceitas. 
• Provas respondidas a lápis não serão enviadas para a revisão 
 
 
 
 
QUESTÃO 1 (1,5 PONTOS) 
 
a) Enuncie a Lei Zero da Termodinâmica 
Dois sistemas A e B que separadamente se encontram em equilíbrio térmico com um terceiro sistema 
C, também estão em equilíbrio térmico entre si. 
b) Enuncie a 1ª Lei da Termodinâmica 
Em um processo termodinâmico entre dois estados i e f de equilíbrio térmico de um dado sistema, a 
grandeza ΔU = Q – W, onde Q é o calor fornecido ao sistema e W o trabalho por ele realizado, 
assume sempre o mesmo valor para QUALQUER que seja o processo entre i e f 
c) Defina calor específico e calor latente ? 
Calor específico: quantidade de calor necessária para se elevar de 1ºC a temperatura de 1g de uma 
dada substância. 
Calor latente: quantidade de calor necessária para que 1g de uma dada substância sofra uma 
transição de estado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Questão Nota Rubrica 
AP2 
1a 
2a 
3a 
4a 
5a 
 Total 
 
 
 Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014 AP2 de ICF2 
 
AP2-1
o
sem-2014 
 
2
 
QUESTÃO 2(3,5 PONTOS) 
 
Um gás ideal diatômico (� � 1,40) confinado em um cilindro está submetido a um ciclo fechado. 
Inicialmente, o gás está a pressão inicial 1 atm, volume inicial de 5 L e temperatura inicial 
27oC.Primeiro,o gás tem sua pressão triplicada sob volume constante. Em seguida, ele se expande 
adiabaticamente até a sua pressão inicial. Por fim, o gás é comprimido até seu volume original em um 
processo isobárico. 
 
(a) Desenhe um diagrama PV deste ciclo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(b) Determinar o volume do gás no final da expansão adiabática. 
O final da expansão adiabática corresponde ao estado C. Assim, o volume no estado C corresponde é 
calculado por 
��	�
�
�
��	�
�
→
1 
 5
300
� 	
1 
 	�
658
→ 		� ≅ 11	�	 
Onde utilizamos a temperatura do sistema no estado C e calculada no item (d) desta questão. 
(c) Determinar a temperatura do gás no início da expansão adiabática. 
O início da expansão adiabática corresponde ao estado B. Nesse caso, sua temperatura pode ser 
calculada através de (é preciso passar a temperatura inicial para Kelvin: 27ºC → 300 K): 
��	�
�
�
��	�
�
→	
1 
 5
300
� 	
3 
 5
�
→ 
� � 900	�	 
(d) Encontre a temperatura no final da expansão adiabática. 
O final da expansão adiabática corresponde ao ponto C. Como B e C se encontram sobre uma curva 
adiabática, podemos calcular a temperatura no ponto através de: 
�
�
��
��� �	
�
�
��
��� →
900�.�
3�.�
�	
�
�.�
1�.�
�	
�
�.� → 
� ≅ 658	�		 
(e) Qual o trabalho feito neste ciclo? 
Como o processo A→ B é isovolumétrico, não há trabalho realizado nessa etapa. 
Na etapa B→ C não há trocas de calor entre o sistema termodinâmico e o ambiente de forma que a 1ª 
lei da termodinâmica garante que o trabalho realizado nessa etapa será igual a menos variação da 
energia interno no processo, ou seja: 
��→� �	�	∆!�→� �	�"#$∆
 � 	�0.2 
5
2
 8.31 
 &658 � 900' � 1005.5	( 
Na etapa C→ A o trabalho é dado por 
Onde )* � 1	+,- e 	* � 5	�. 
 
 
 Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014 AP2 de ICF2 
 
AP2-1
o
sem-2014 
 
3
 
��→� = )*&	� − 	�' = 1 × 10. × &5 − 11' × 10�/ = −600 ( 
Portanto, o trabalho total realizado no ciclo é dado por 
 
�0*012 = ��→� + ��→� = 405.5 ( 
 
QUESTÃO 3 (2,5 PONTOS): 
 
Determine a massa de vapor inicialmente a 150oC necessária para aquecer 200g de água em um 
recipiente de vidro de massa 100ginicialmente a 20oC até 50oC. 
A temperatura final de equilíbrio é de 50ºC, portanto o vapor será resfriado até 100ºC, sofrerá então 
uma transição de fase e, posteriormente, será resfriado até 50ºC. Assim: 
45 + 465 + 46* = 0 → -575&50 − 20' + -6*76*&50 − 20' + -676&100 − 150' − -6� + -675&50 − 100'= 0 
Portanto: 
200 × 10�/ × 4.186 × 10/ × 30 + 100 × 10�/ × 837 × 30 − -6 × 2.01 × 10/ × 50 − -6 × 2.26 × 109− -6 × 4.186 × 10/ × 50 = 0 → -6 ≅ 0.0108 :; = 10.8 ; 
 
QUESTÃO 4 (2,5 PONTOS) 
 
Um tanque usado para encher balão com gás hélio tem volume de 0,3 m3 e contém 2 mol de gás hélio 
a 20oC. Assumindo que o hélio se comporta como um gás ideal determine: 
 
 
a) A energia cinética translacional total das moléculas de gás 
Como o hélio é monoatômico a energia translacional total é dada por (lembrar de passar a 
temperatura para Kelvin) 
� = 32 "<
 = 
3
2 × 2 × 8.31 × 293 ≅ 7305 ( 
b) A energia cinética média por molécula 
O número de moléculas no gás é dado por = = 2 × 6.02 × 10>/ = 1.204 × 10>� moléculas. Logo, a 
energia cinética média por molécula é dada por 
�
= =
7305
1.204 × 10>� ≅ 6.07 × 10
�>� ( 
c) A variação, em percentagem, da energia cinética translacional total das moléculas de gás se 
a temperatura aumenta de 20oC para 40oC 
A 40º C a energia cinética total translacional das moléculas é dada pr 
�> = 32 "<
 = 
3
2 × 2 × 8.31 × 313 ≅ 7803 ( 
Portanto, percentualmente o aumento foi de 
?�>� − 1@ × 100% = 6.8% 
Formulário 
 
Calor específico do vidro = 837 BCD ℃ 
Calor específico da água = 4,186 CBCD ℃ 
Calor específico do vapor = 2,01 :(/&:; ℃' 
Calor Latente de vaporização da água = 2,26 G(/:; 
Constante Universal dos gases perfeitos = 8,31 BH21∙J 
 
 
 Introdução às Ciências Físicas 2 
1o Semestre de 2014 AP2 de ICF2 
 
AP2-1
o
sem-2014 
 
4
Constante de Boltzmann = 1,38 × 10�>/ BJ