1ª 2ª Lei_Termodinâmica

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1) Uma amostra de gás se expande de 1,0 m3 a 4,0 m3 enquanto sua pressão 
decresce de 40 Pa para 10 Pa. Que trabalho é realizado pelo gás se sua pressão 
varia com o volume através (a) da trajetória A, (b) da trajetória B e (c) da 
trajetória C na figura 1? 
 
figura 1 
 
2) Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo mostrado no diagrama p-V da 
figura 2. Calcule a energia líquida adicionada ao sistema sob a forma de calor 
durante um ciclo completo. 
 
 figura 2 
3) Uma amostra de gás sofre uma transição de um estado inicial a para um estado 
final b por três diferentes trajetórias (processos), como mostra o diagrama p-V 
da figura 3. A energia transferida para o gás como calor no processo é 10piVi. 
Em termos de piVi, quais são (a) a energia transferida para o gás como calor no 
processo 2 e (b) a variação na energia interna que o gás sofre no processo 3? 
Disciplina: Física – Ondas e Calor 
Professora: Rejane Cristina Dorn 
Lista de exercícios – 1ª e 2ª Lei da Termodinâmica 
 
figura 3 
 
4) Quando um sistema é levado do estado i para o estado f ao longo da trajetória iaf 
na figura 4, Q=50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36 cal. (a) 
Quanto vale W ao longo da trajetória ibf? (b) Se W = -13 cal para a trajetória de 
volta fi, quanto vale Q para esta trajetória? (c) Se Eint,i = 10 cal, quanto vale 
Eint,f? (Se Eint,b=22 cal, quanto vale Q para (d) trajetória ib e (e) a trajetória bf? 
 
 figura 4 
 
5) Na figura 5, a mudança na energia interna de um gás levado de A para C é de 
800 J. O trabalho realizado sobre o gás ao longo da trajetória ABC é -500 J. (a) 
Quanta energia deve ser adicionada ao sistema pelo calor quando este vai de A 
através de B e segue para C? (b) Se a pressão no ponto A é cinco vezes a do 
ponto C, qual é o trabalho realizado sobre o sistema quando se vai de C para D? 
(c) Qual é a energia trocada com as vizinhanças pelo calor quando o ciclo vai de 
C para A ao longo da trajetória passando por D? (d) Se a mudança na energia 
interna indo-se do ponto D para o ponto A é 500 J, quanta energia deve ser 
adicionada ao sistema pelo calor quando este vai do ponto C para o ponto D? 
 figura 5 
 
 
6) Um bloco de 1 kg de alumínio é aquecido à pressão atmosférica de maneira que 
sua temperatura aumente de 22º C para 40º C. Encontre (a) o trabalho realizado 
sobre o alumínio, e (b) a energia adicionada a ele pelo calor e (c) a mudança na 
sua energia interna. 
 
7) A eficiência do motor de um carro particular é 25% quando o motor realiza 8,2 
kJ de trabalho por ciclo. Quais são (a) a energia que o motor ganha por ciclo na 
forma de calor Qganho da combustão do combustível e (b) a energia que o motor 
perde por ciclo na forma de calor Qperdido. Se um ajuste aumenta a eficiência para 
31%, quais são (c) Qganho e (d) Qperdido para o mesmo valor de trabalho? 
 
8) Uma certa máquina de Carnot opera entre duas fontes com as temperaturas Tc = 
200 K e Th = 300K. (a) Qual é o seu rendimento? (b) Se forem absorvidos 100 J 
de calor da fonte quente por ciclo, qual o trabalho realizado pela máquina? (c) 
Que calor descarrega a máquina, por ciclo? (d) Qual o coeficiente de 
desempenho desta máquina ao operar como refrigerador entre as mesmas duas 
fontes? 
 
9) Uma máquina térmica remove 200 kJ de calor de uma fonte quente a 500 K em 
cada ciclo e fornece calor a uma fonte fria a 200 K. Sua eficiência é de 85 % da 
de um motor de Carnot funcionando entre os mesmos reservatórios. (a) Qual é o 
rendimento desta máquina? (b) Qual é o trabalho realizado em cada ciclo? (c) 
Qual é o calor perdido em cada ciclo? 
 
10) Calcule o rendimento de uma usina de energia de combustível fóssil, que 
consome 380 toneladas de carvão a cada hora, para produzir trabalho útil numa 
taxa de 750 MW. O calor de combustão de 1 kg de carvão é de 28 MJ. 
 
11) A potência de uma geladeira é de 370 W. (a) Qual a quantidade máxima de calor 
que a geladeira é capaz de remover em 1 min se a temperatura interna é de 0º C 
e a temperatura ambiente é de 20° C? (b) Se o coeficiente de desempenho da 
geladeira é de 70 % do de um refrigerador ideal, qual a quantidade de calor que 
é capaz de remover em 1 min? 
 
12) Uma certa máquina a vapor receber vapor d´água superaquecida a 270° C e 
descarrega vapor condensado no seu cilindro a 50 °C. O rendimento da máquina 
é de 30 %. (a) Qual a razão entre este rendimento e o rendimento máximo de 
operação entre as duas temperaturas mencionadas? (b) Se a potência 
desenvolvida pela máquina for de 200 kW, qual a quantidade de calor 
descarregada no ambiente em 1 h? 
 
13) Na figura, temos um dispositivo hipotético para estudar o comportamento dos 
gases. 
 
 
 
Suponha que o gás dentro desse dispositivo seja ideal. Em dias diferentes, serão 
realizados os seguintes experimentos: 
 
I) Aquecer lentamente o gás com a chama deixando o pistão fixo. 
II) Com a chama desligada, mover o pistão lentamente para cima. 
III) Aquecer lentamente o gás com a chama, deixando o pistão livre para mover. 
 
Podemos representar graficamente o que acontece em cada um desses experimentos 
num diagrama PV. 
 
 
 
Assinale a alternativa que associa corretamente cada experimento ao seu gráfico. 
 
(a) I – (a), II – (b), III – (c). 
(b) I – (c), II – (a), III – (b). 
(c) I – (c), II – (b), III – (a). 
(d) I – (b), II – (c), III – (a). 
 
 
 
 
 
 
 
 
14) Em torno de 1850, o físico James Joule desenvolveu um equipamento para 
medir o equivalente mecânico em energia térmica. Esse equipamento consistia 
de um peso preso a uma corda, de forma que, quando o peso caia, um sistema de 
pás era acionado, aquecendo a água do recipiente. Joule usou um peso de massa 
M = 10 kg, caindo de uma altura de 5 m, em um local onde a aceleração da 
gravidade valia 10 m/s2. Deixando o peso cair 5 vezes, Joule observou que a 
temperatura dos 400 g de água no recipiente aumentou em 1,5 ºC. Dado: calor 
específico da água = 1 cal/ºC.g. Com base no experimento de Joule, pode-se 
concluir que: 
 
(a) 2500 J de energia potencial transformaram-se em 600 J de calor. 
(b) 5,17 cal correspondem a 1 J. 
(c) a quantidade de calor recebida pela água foi de 0,6 cal. 
(d) Energia potencial e quantidade de calor nunca podem ser comparados. 
 
 
15) A segunda lei da termodinâmica pode ser usada para avaliar propostas de 
construção de equipamentos e verificar se o projeto é factível, ou seja, se é 
possível de ser construído. Considere a situação em que um inventor alega ter 
desenvolvido um equipamento que trabalha segundo o ciclo termodinâmico de 
potência mostrado na figura. O equipamento retira 800 kJ de energia, na forma 
de calor, de um dado local que se encontra na temperatura de 1000 K, 
desenvolve uma dada quantidade líquida de trabalho para a elevação de um peso 
e descarta 300 kJ de energia, na forma de calor, para outro local que se encontra 
a 500 K de temperatura. Nessa situação, a alegação do inventor é: 
 a) correta, pois a eficiência de seu equipamento é de 50% e é menor que a 
eficiência teórica máxima. 
 b) incorreta, pois a eficiência de seu equipamento é de 50% e é maior do que a 
eficiência teórica máxima. 
 c) correta, pois a eficiência de seu equipamento é de 62,5% e é menor do que a 
eficiência teórica máxima. 
 d) incorreta, pois a eficiência de seu equipamento é de 62,5% e é maior do que a 
eficiência teórica. 
 e) incorreta, pois a eficiência de seu equipamento é de 62,5% e é menor do que a 
eficiência teórica máxima. 
 
 
 
 Respostas 
 
(1) (a) 1,2 x102 J; (b) 75J; (c) 30J ; (2) – 30 J; (3) (a) 11p1V1; (b) 6p1V1; (4) (a) 6 cal; (b)-43 cal; (c) 40 cal; (d) 18 cal; (e) 18 cal; (5) (a) 1300 J; (b) 100 J; (c) -700 J; (d) 400 J; 
(6) (a) -48,6 mJ; (b) 16,2 kJ; (c) 16,2 kJ. (7) (a) 33 kJ; (b) 25 kJ; (c) 26 kJ; (d) 18 kJ. (8) 
(a) 33%; (b) 33,3 J; (c) 66,7 J. (9) 51%; (b) 102 kJ; (c) 98 kJ; (10)25,4 %.(11) 303 kJ. 
(b) 212 kJ; (12) (a) 0,74; (b) 1,68 GJ; (13) c; (14) a .(15) c.