Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)

Física 2 Uma Abordagem Estratégica Termodinamica, Optica Randall D. Knight (2009, Bookman)


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é lacrado na parte su-
perior por um pistão, livre de atrito, com massa de 5, l kg. A pressão 
do ar acima do pistão é 100 kPa. 
a. Qual é a pressão de gás dentro do cilindro? 
b. Inicialmente, a altura do pistão acima do fundo do cilindro é de 
26 cm. Qual será a altura do pistão se 'uma massa adicional de 3,5 
kg for colocada sobre o mesmo? 
54. li Uma amostra de gás ideal, contendo n mols a uma temperatura 
T1 e ocupando um volume V1 sofre uma expansão isotérmica até seu 
volume dobrar. Em função de n, T1 e V., quais são (a) a temperatura 
final gás, (b) o trabalho realizado sobre o mesmo e (e) a energia 
térmica transferida para ele? 
55. li Uma amostra de 5,0 g de nitrogênio gasoso, inicialmente a uma 
pressão de 3,0 atm e uma temperatura de 20ºC, é submetida a uma 
expansão isobárica até que seu volume seja triplicado. 
\u2022 a. Quanto valem a pressão e a temperatura do gás ao final da expan-
são? 
b. Que quantidade de energia ténnica é transferida para o gás a fim 
de causar esta expansão? 
A seguir, a pressão do gás é reduzida, a volume constante, até que a 
temperatura original seja novamente atingida. 
e. Qual é a pressão do gás após esta redução? 
d. Que quantidade de energia térmica é transferida do gás durante 
este segundo processo? 
e. Represente o processo inleiro 
p 
em um diagrama pV. Escolha 21>. 
escalas adequadas para os dois 
eixos. 
56. li A FIGURA P17.56 representa 
dois processos que levam um gás 
do estado i para o estado f. De-
monstre que QA - Qn = PY;· 
FIGURA P17.56 
o .i--~~~~~~~-v 
0 V; 2V; 
CAPITULO 17 \u2022 Uma Descrição Macroscópica da Matéria 539 
57. li Duas amostras de 0,10 molde nitrogênio gasoso sofrem os dois 
processos representados na FIGURA P17.S7. Quanto calor é requeri- 1 
do em cada um deles? J 
a. Quanto trabalho é realizado sobre o gás? 
b. Qual é variação sofrida pela energia térmica do gás? 
e. Que quantidade de energia térmica é transferida para o gás? 
64. li A FIGURA P17.64 representa um P p(atm) 
i 
+ :1 '. ' ' ,,~ 
o 1000 2000 3000 
3 
FIGURA P17.S7 
. 
p(aun) 
3 
2 
O V(cm') 
o 1000 2000 3000 
FIGURA P17.58 
58. li Duas amostras de 0, 1 O mol de nitrogênio gasoso sofrem os dois 
processos representados na FIGURA P17.58. Quanto calor é requeri-
do em cada um deles? 
59. li Duas amostras de O, 1 O mol de p (atm) 
um gás monoatômico sofrem os 
dois processos representados na 
FIGURA P17.59. 
a. Durante o processo 1 -+ 2, que 
quantidade de energia térmica 
é transferida para o gás ou para 
fora dele? 
b. Durante o processo 2 -+ 3, que 
quantidade de energia térmica 
1 
,L 
3 
4 
2 
O +0---800..---1600~ V(cm') 
FIGURA P17.59 
é transferida para o gás ou para fora dele? 
c. Qual é a variação total de energia térmica do gás? 
60. li Dois recipientes de 800 cm3 contêm quantidades idênticas de um 
gás monoatômico a 20ºC. O recipiente A é rígido. O recipiente B 
dispõe de um pistão, com área de 100 cm2 e massa de 10 kg, que 
pode deslizar sem atrito para cima e para baixo. Os recipientes são 
colocados sobre queimadores idênticos e aquecidos durante o mes-
mo intervalo de tempo. 
a. A temperatura final do gás contido em A será maior do que, me-
nor do que ou igual à temperatura final do gás em B? Explique. 
b. Represente os dois processos em um único diagrama p V. 
c. Quais são as pressões iniciais nos recipientes A e B? 
d. Suponha que os aquecedores forneçam 25 W de potência e que 
fiquem ligados durante 15 s. Qual é o volume final do gás no 
recipiente B? 
61. 11 Dois cilindros contêm 0, l O mol, cada um, de um gás diatômico 
mantido a 300 K e a uma pressão de 3,0 atm. O cilindro A sofre 
uma expansão isotérmica, e o cilindro B, uma expansão adiabática, 
até que a pressão do gás em cada um deles seja de 1.0 atm. 
a. Qual é a temperatura e qual é o volume final do gás em cada 
recipiente? \u2022 
b. Represente os dois processos em um único diagrama pV. Use 
uma escala adequada em cada eixo. 
62. Ili Um gás monoatômico sofre o processo 1 -+ 2 -+ 3 representado 
na FIGURA P17.62. Que quantidade de calor é requerida para (a) o 
processo 1-+ 2 e (b) o processo 2-+ 3? 
p (arm) , 2 3 l~,----
2 ' 
' 
' /', 
1 OO°C isotenna ' 3' -
O+.----~--V(cm3) 
o 100 200 300 
FIGURA Pl 7.62 
p(ann) 
4 
2 
j 
~' 
O ..---~-~-..-V(cm') 
o 100 2ÓO 300 
FIGURA P17.6l 
63. li A FIGURA P17.6l representa um processo termodinâmico sofrido 
por 0,015 mo! de hidrogênio gasoso. 
processo tem1odinâmico sofrido Sp, ~soicnna 
por 120 mg de hélio gasoso. / 
a. Determine a pressão (em 
atm), a temperatura (em ºC) 
e o volume (em cm3) do gás p, 1 .3 
nos pontos l, 2 e 3. Disponha "-133\u2022c 
seus resultados na forma de 
uma tabela para facilitar a 
leitura . 
~.cm1 
FIGURA P17.64 
v, 
V 
b. Quanto trabalho é realizado sobre o gás durante cada um dos três 
segmentos? 
e. Que quantidade de energia térmica é transferida para o gás ou para 
fora dele durante cada um dos três segmentos mostrados na figura? 
65. li Um dos cilindros do motor a diesel de um caminhão tem volume 
interno inicial de 600 cm3. Ar é admitido no cilindro a 3D°C, com 
pressão de l ,O atm. O eixo do pistão realiza 400 J de trabalho a fim 
de comprimir rapidamente o ar. Quanto valem a temperatura final e 
o volume interno final do pistão? 
66. li Que valor de razão de compressão, VfV,, aumentará a temperatu-
ra' (a) do ar e (b) do argônio de 3ü°C para 85ü°C durante um proces-
so adiabático? 
67. li a. Que valor de razão de compressão, V """'IV min\u2022 aumentará atempe-
ratura do ar de 2D°C para 1 OOO°C durante um processo adiabático? 
b. Qual é a razão de pressão P m./P min deste processo? 
68. li Uma amostra de 2,0 g de hélio gasoso, inicialmente a JOOºC e 
1,0 atm, sofre uma expansão isobárica até seu volume ser dobrado. 
Quanto valem (a) a temperatura final do gás; (b) o trabalho reali-
zado sobre o mesmo; (c) o calor transferida para ele; e (d) a varia-
ção de energia térmica do gás? (e) Represente o processo em um 
diagrama p V usando escalas adequadas para os dois eixos. 
69. li Uma amostra de 2,0 g de hélio, inicialmente a lOO"C e 1,0 atm, 
sofre uma expansão isotérmica até seu volume ser dobrado. Quanto 
valem (a) a pressão final do gás; (b) o trabalho realizado sobre o 
mesmo; (c) o calor transferido para ele; e (d) a variação de ener-
gia térmica do gás? (e) Represente o processo em um diagrama pV 
\ usando escalas adequadas para os dois eixos. 
'70. li Uma amostra de14 g de nitrogênio gasoso nas CNTP é compri-
mida adiabaticamente até uma pressão de 20 atm. Quanto valem (a) 
a temperatura final do gás; (b) o trabalho realizado sobre o mesmo; 
(e) o calor transferido para ele; e (d) a razão de compressão V,,,.) 
Vmi\u2022 correspondente? (e) Represente o processo em um diagrama 
pVusando escalas adequada~ para os dois eixos. 
71. li Uma amostra de 14 g de gás nitrogênio nas CNTP é comprimi-
da durante um processo isocórico até a pressão de 20 atm. Quanto 
valem (a) a temperatura final do gás; (b) o trabalho realizado sobre 
o mesmo; (e) o calor transferido para o gás; e (d) a razão de com-
pressão P m..JP'";" correspondente? (e) Represente o processo em um 
diagrama p V usando escalas adequadas para os dois eixos. 
72. 11 Quando ventos fortes rapidamente deslocam o ar das montanhas 
para uma região mais baixa, não existe tempo suficiente para ar tro-
car calor com sua vizinhança. O ar, então, é comprimido à medida 
que a pressão aumenta e sua temperatura pode chegar a aumentar 
drasticamente. Esses ventos quentes são chamados de ventos Chi-
nook, nas Montanhas Rochosas, e vento de Santa Ana, na Califór-
nia. Suponha que a temperatura do ar no alto das montanhas atrás 
de Los Angeles seja de ü°C, a uma altitude onde a pressão do ar é 
60 kPa. Qual será a temperatura, em ºC e em "F, quando o vento de 
Santa Ana tiver deslocado