Gabarito_1_Lista_de_exerccio

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1ª Lista de exercício – Fundamentos da termodinâmica 
 
1) Qual a finalidade de um sistema? 
É uma região escolhida arbitrariamente que tem intuito de fornecer as propriedades do sistema 
estudado. 
 
2) O que é um volume de controle? 
Volume de controle é um sistema (sistema aberto) no qual tem entrada e saída de massa na 
fronteira do sistema, podendo a massa dentro do sistema ser constante, aumentar ou 
diminuir. Além de haver fluxo de massa existe transferência de energia na fronteira (calor e 
trabalho). 
 
3) O que é um sistema fechado? 
Sistema fechada, ou normalmente chamado apenas de sistema, é um sistema no qual a massa 
não atravessa a fronteira, ou seja, massa constante. Porém, existe transferência de energia na 
fronteira (calor e trabalho). 
 
4) A quantidade de massa de um volume de controle pode variar? O mesmo pode ocorrer 
com o sistema fechado? 
A quantidade de massa no volume de controle pode variar sim, pode entrar e sair massa pela 
fronteira do sistema, assim no VC o fluxo de massa pode ser constante, aumentar ou diminuir. 
O sistema fechado não pode variar, pois não existe entrada e nem saída para a massa do 
sistema, assim sendo a massa que está dentro do sistema é constante. 
 
5) Qual a diferença fundamental entre sistema e volume de controle? 
 
A diferença fundamental entre volume de controle e sistema é que se existir fluxo de massa no 
sistema ele é considerado volume de controle, mas se esse fluxo de massa não existir (a massa 
permanecer constante dentro do sistema) ele é considerado sistema fechado. 
6) O que é um meio contínuo? 
Meio contínuo: Suas estruturas moleculares são irrelevantes. Todas as manifestações 
moleculares são macroscópicas e mensurável, que caracterizam o comportamento do fluido. 
 
7) Dê exemplos de aplicações de sistemas e volume de controle. 
Volume de controle: corpo humano, mangueira, respiração, fotossintese 
Sistema fechado: panela de pressão, micro-ondas 
 
8) Cite meios que não podem ser considerados contínuos. 
Aerossol, a nave no espaço, gases rarefeitos, vácuo 
 
9) Defina estado e propriedades de uma substância? 
* Estado pode ser especificado ou descrito por suas propriedades tais como temperatura, 
pressão, massa específica e outros. 
* Propriedades são características macroscópicas e mensuráveis, em um determinado tempo, 
sem a necessidade de conhecimento do processo que chegou a aquele estado. 
 
10) O que são propriedades intensivas e extensivas? 
* Propriedades intensivas são propriedades que não depende de sua massa. Ex.: temperatura, 
pressão e densidade. 
* Propriedades extensivas são propriedades que depende da massa do sistema, assim variando 
com a quantidade de massa. Ex.: massa e volume total. 
11) O que é um processo? 
É o caminho definido pela sucessão de estados através dos quais o sistema passa, é 
chamado de processo. 
 
12. O que é um ciclo termodinâmico? 
Quando um sistema (substância), em um dado estado inicial, passa por certo número 
de mudança de estados (processos) e finalmente retorna ao seu estado inicial, o 
sistema executa um ciclo termodinâmico. 
 
13. O que é fase? 
Entende-se como a homogeneidade na estrutura física quando a metéria é sólida, líquida e 
gasosa. 
 
14. Quando um sistema está em equilíbrio térmico? 
É quando duas substâncias em contato atingem a mesma temperatura. As demais 
propriedades podem variar. 
 
15. Quando um sistema está em equilíbrio termodinâmico? 
Quando um sistema está em equilíbrio mecânico (mesma pressão), químico e térmico (mesma 
temperatura em todo o sistema), o sistema é considerado em equilíbrio termodinâmico sendo 
que, a temperatura e a pressão são considerados como propriedade do sistema. 
 
16. O que é um processo quase-estático ou quase-equilíbrio? 
É um processo no qual o desvio do estado de equilíbrio termodinâmico é de ordem 
infinitesimal. Portanto, todos os estados pelos quais o sistema passa durante o processo 
podem ser considerados como estados de equilíbrio. 
 
17. Qual a finalidade de se usar a hipótese de processos quase-estático? 
* produz modelos termodinâmicos simples, que no mínimo, fornecem informações 
qualitativas sobre o comportamento do sistema real de interesse; 
* é um instrumento que permite deduzir relações entre propriedades do sistema no equilíbrio. 
 
18. Qual a aplicação do princípio Zero da Termodinâmica? 
* Se queremos saber se dois corpos estão na mesma temperatura, não é necessário entrar em 
contato e verificar se suas propriedades observáveis mudam com o tempo. É necessário 
apenas ver se eles estão individualmente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo. O 
terceiro corpo é geralmente um termômetro. 
* Além disso, ela permite a definição de uma escala de temperatura absoluta. 
 
19) Qual a vantagem da escala da temperatura termodinâmica? 
A vantagem é que essa escala possui uma escala absoluta de temperatura com um zero 
absoluto, onde nenhum corpo libera calor. 
 
20) Pode um sistema receber energia por calor mantendo a temperatura constante? 
Sim, pois quando existe a mudança de fase de líquido-vapor, estamos na região bifásica, onde 
se ganha ou perde energia, mantendo a sua temperatura e pressão constante. A temperatura 
volta a aumentar ou diminuir, com o acréscimo ou retirada de energia, quando sai da região 
líquido-vapor. 
 
 21) Pode existir um corpo abaixo da temperatura 0 (K)? Explique. 
Não, pois a temperatura 0 K é considerado o zero absoluto, onde a energia térmica e a energia 
cinética equivale a zero. 
 
22) Um manômetro de Bourdon conectado à parte externa de um tanque marca 77,0 (psi), 
quando a pressão atmosférica local é de 760 (mmHg). Qual será a leitura do manômetro se a 
pressão atmosférica for aumentada para 773 (mmHg)? 
A pressão manométrica é a mesma independentemente do local. Pm = 77,0 (psi) 
 
23) Um manômetro de mercúrio, usando para medir vácuo, registra 731 (mmHg) e o 
barômetro registra 750 (mmHg). Determinar a pressão em (kgf/cm²); 
Prel = 731 mmHg 
Patm = 750 mmHg 
Pabs = Patm – Pvac = 750 - 731 
Pabs = 19 mmHg = 0,02583 kgf/cm2 
 
24) Um manômetro contém fluido com densidade de 816 (kg/m³). A diferença de altura entre 
as duas colunas é de 50 (cm). Que diferença de pressão é indicada em (kgf/cm²)? Qual seria a 
diferença de altura se a mesma diferença de pressão fosse medida por um manômetro 
contendo mercúrio (massa específica 13600 (kg/m³). 
a) Pm = ro*g*L = 816*9,81*0,5 = 4002,48 Pa = 4,00248 kPa = 0,040814 kgf/cm
2 
b) Pm = ro*g*L 
4002,48 = 13600*9,81*L 
L = 0,3 m = 30 cm 
 
25) Um corpo de peso igual a 92,543 kgf ocupa 1 (m³) num local onde g = 9,81 (m/s²). 
Determine o peso deste corpo em UTM num outro local onde g = 10 (m/s²). 
P1 = 92,543 kgf = 907,537 N 
P1 = mg1 => m = 907,537/9,81 = 92,511 kg 
P2 = mg2 = 92,511*10 = 925,11 N = 94,334 kgf 
 
26) Um sistema contém água líquida em equilíbrio com uma mistura de ar e vapor d’água. 
Quantas fases estão presentes? O sistema é composto por substância pura? Explique. 
Possuímos duas fases líquido (água líquida) e a fase gasosa (ar e vapor d’água). O sistema não 
é uma substância pura, pois existe o ar, na fase gasosa somente, e água na fase líquida e 
gasosa, ou seja a composição química é alterada nas duas fases. 
 
27) Considere um sistema que contém água líquida e gelo realizando um processo. No 
final do processo, o gelo é derretido, ficando somente água líquida. Pode o sistema ser 
visto como tendo efetuado um processo como uma substância pura? 
Uma substância pura é aquela que é uniforme e invariável na composição química. Uma 
substância pura pode existir em mais de uma fase, mas sua composição química deve ser a 
mesma em cada fase. Portanto este sistema efetua um processo com substância pura. 
 
28) A pressão absoluta dentro de um tanque, contendo gás é 0,05 (MPa) e a pressão 
atmosférica local é de 101,0 (kPa). Qual seria a leitura de um medidor de Bourdon 
colocado no tanque pelo lado de fora, em (MPa)? É o medidor um manômetro ou um 
vacuômetro? 
Pbordon= Pabs – Patm = 50 – 101,0 = - 51 kPa = -0,051 Mpa (vacuômetro) 
 
29) Das 2500 (kcal) fornecidas por um minuto a um tubo-gerador, 70 (%) são 
transformados em energia elétrica. Calcule a potência do gerador em (kW). 
 
Wtubo-gerador = 2500 (kcal/min) = 2,9075 kW 
Wenergia = 0,7*2,9075 kW = 2,0352 kW 
 
30) Um objeto tem uma massa de 7 (kg). Determine: (a) seu peso num local onde a 
aceleração da gravidade é 9,87 (m/s²); (b) a magnitude da força resultante, em (N), 
necessária para acelerar o objeto a 6 (m/s²). 
a) P = m*g = 7*9,7 = 67,9 (N) 
b) F = m*a = 7*6 = 42 (N) 
 
31) Determinar a pressão manométrica em (bar), em um manômetro que marca 1 (cm) de: 
(a) água (r = 1000 (kg/m³)); (b) mercúrio (r = 13600 (kg/m³)); 
Pm = r*g*h 
a) Pm = 1000*9,81*0,01 = 98,1 Pa = 9,81x10-4 bar 
b) Pm = 13600*9,81*0,01 = 1334,16 Pa = 1,3x10-2 bar 
 
O trabalho e calor são transferência de energia que ocorre na fronteira. O calor é um tipo de 
energia ocasionado por diferença de temperatura entre o sistema e sua vizinhança. 
Trabalho é um tipo de energia ocasionando por eixo rotativo, fluxo de eletricidade ou por 
Movimento de fronteira. 
 
 
 
 
 
 
 
3ª lista de exercício – 1ª lei da termodinâmica 
Defina a primeira lei da termodinâmica. 
A primeira lei da termodinâmica é, então uma lei da conservação da energia, podendo ser 
enunciado: A variação da energia ∆E de um sistema é expressa por meio da diferença entre 
a quantidade de calor Q trocada com o meio ambiente e o trabalho W realizado durante a 
transformação. Fornecida pela equação ∆E = Q – W.