Respostas da Lista de exercícios - II (Termodinâmica da Atmosfera - PPGMet)

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Universidade Federal de Campina Grande – UFCG 
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais - CTRN 
Unidade Acadêmica de Ciências Atmosféricas – UACA 
Programa de Pós-Graduação em Meteorologia – PPGMet 
 
Disciplina: Termodinâmica da Atmosfera Prof.: Carlos A. C. dos Santos 
 
Aluno (a):________________________________________________ Período: 2020.1 
 
Lista de Exercícios – II 
1) Mostre que cp = cv + Rd. 
 
2) Um mol de um gás se expande de um volume de 10 litros e temperatura de 300 K para (a) um 
volume de 14 litros e uma temperatura de 300 K e (b) um volume de 14 litros e uma temperatura 
de 290 K. Qual o trabalho feito pelo gás no ambiente em cada caso? 
Respostas: 
 
 
 
3) Uma aeronave comercial voa próximo de 200 mb onde tipicamente a temperatura fora é -60 C. 
(a) Calcule a temperatura do ar se for comprimido adiabaticamente até a pressão da cabine que é 
de 1000 mb. (b) Quanto calor específico deve ser adicionado ou removido (isobaricamente) para 
manter a cabine a 25 C? (Considere o ar como sendo seco). 
Respostas: 
 
 
4) Uma amostra de 100 g de ar seco tem uma temperatura inicial de 270 K e pressão de 900 mb. 
Durante um processo isobárico calor é adicionado e o volume se expande 20% de seu volume 
inicial. Estime: (a) a temperatura final do ar, (b) o total de calor adicionado, e (c) o trabalho 
realizado contra o ambiente. 
Respostas: 
 
 
5) Uma parcela se move de pi a pf. Se sua temperatura inicial é Ti encontre: (a) o trabalho específico 
feito pela ou na parcela se sua mudança acontece adiabaticamente, (b) o trabalho específico se sua 
mudança acontece isotermicamente, e (c) a mudança na temperatura potencial da parcela em (a) e 
(b). 
Respostas: 
 
 
6) Uma parcela de ar seco tem um volume de 10 litros, temperatura de 27 °C, e pressão de 1 
atmosfera. A parcela (a) é comprimida isotermicamente até seu volume se tornar 2 litros, e (b) se 
expande adiabaticamente até seu volume se tornar 10 litros. Descreva essas mudanças 
graficamente em um diagrama (p, V). Mostre os valores de p, V, T para cada caso. 
Respostas: 
 
 
 
7) Um quilograma de ar seco é aquecido de 20 °C até 70 °C sob pressão constante de 1 atm. Calcule: 
(a) o calor absorvido pelo gás, (b) o trabalho feito, e (c) a mudança da energia interna. 
Respostas: 
 
 
8) Hidrogênio sob p = 5 atm e T = 20 °C é aquecido isobaricamente até seu volume aumentar de 1 
para 2 litros. Calcule o calor absorvido. 
Respostas: 
 
9) Dentro de um cilindro fechado por um pistão existem 88 g de um gás diatômico desconhecido 
com temperatura de 0 °C. O gás é então comprimido adiabaticamente até seu volume se tornar 
igual a 1/10 do volume inicial. A mudança na energia interna é 17158 J. Identifique o gás. 
Respostas: 
 
10) Em T = 0 °C e p = 1000 mb, 1 g de ar seco recebe durante um processo isocórico uma 
quantidade de calor. Então, é observado que sua pressão aumenta de 50 mb. Qual é a mudança na 
temperatura do ar e qual é a quantidade de calor absorvida? 
Respostas: 
 
 
11) Calcule a mudança na energia específica de uma parcela adiabática cuja velocidade muda de 10 
m/s para 25 m/s. 
Respostas: 
 
 
12) Defina: temperatura potencial (θ), temperatura de bulbo úmido (Tw), temperatura equivalente 
(Te), temperatura potencial equivalente (θe) e gradiente adiabático seco (γd). 
 
13) Demonstre as equações para θ, Tw, Te, θe e γd. 
 
14) Seja uma atmosfera seca. Obtenha a temperatura potencial para os seguintes níveis: 
a) 850 hPa, considerando temperatura igual a 20 °C; 
b) 500 hPa, considerando temperatura igual a -20 °C. 
 
15) Demonstre a equação de Clausius-Clapeyron. 
 
16) Calcule o lapse rate pseudo-adiabático para uma parcela de ar saturada de 25 °C em 950 
hPa (calcule des/dT de forma aproximada). 
Respostas: 
 
17) O que representa a diferença entre temperatura potencial () e temperatura potencial 
equivalente (e)? 
 
18) Seja uma atmosfera seca e hidrostática cujo perfil vertical de temperatura é linear (i.e., 
temperatura decai linearmente com a altura). Justifique as respostas às questões abaixo. 
a) Qual deve ser o lapse rate () para que a densidade não varie com a altura? 
b) O valor desse lapse rate corresponde a um equilíbrio estável, neutro ou instável? 
c) Para esse caso, isto é, perfil de temperatura linear e densidade constante, qual será a altura do 
topo da atmosfera considerando a temperatura à superfície igual a 300 K? 
Respostas: 
 
 
 
 
Bom estudo!!! 
 
“Porque Deus amou ao mundo de tal maneira que deu o seu Filho unigênito, para que todo o que nele 
crê não pereça, mas tenha a vida eterna.” (João 3:16)