Prévia do material em texto
1a AVALIAÇÃO PARCIAL – N2 – REAPLICAÇÃO 1. A figura abaixo mostra representativamente uma locomotiva movida à vapor, na qual o cilindro contendo o pistão que promove o movimento da locomotiva é mostrado em três estágios, especificamente, A, B e C, mostrados na figura. O fluido utilizado para gerar o vapor é a água, que entra pela válvula de entrada mostrada na figura abaixo. Descreva os processos termodinâmicos que ocorrem do estágio A para o B e do B para o C, baseado nas posições do pistão. Para cada etapa (A B e B C), descreva o sinal do trabalho (w), do calor (q) e da variação de energia interna (ΔU). (2,5 pontos) 2. Considerando os seus conhecimentos acerca do experimento de Joule-Thomson, responda os itens abaixo: a) Quando certo gás usado em refrigerações é expandido adiabaticamente de uma pressão inicial de 32 atm, a 0 °C, até uma pressão final de 1 atm, a temperatura cai de 22 K. Calcule o coeficiente de Joule-Thomson, μJT, a 0 °C, admitindo que ele seja constante nesse intervalo de temperatura. (1,0 ponto) b) Baseado no resultado acima do coeficiente de Joule-Thomson (μJT), o referido gás sofre resfriamento ou aquecimento? Explique sua resposta. (0,5 ponto) c) Considere agora, uma outra situação, em que você precisa escolher um gás para colocar na geladeira da sua casa. Dentre os gases mostrados no gráfico abaixo, qual deles você escolheria, visando a máxima performance desse gás (máxima refrigeração), considerando a sua operação à temperatura ambiente? Considere a temperatura ambiente como sendo de 27 °C? (1,0 ponto) 3. Uma amostra consistindo em 1 mol de um gás perfeito monoatômico, com Cv,m = 3/2R, efetua o ciclo abaixo. Baseado nisso e nos seus conhecimentos da 1ª lei da termodinâmica, responda aos itens a seguir: a) Calcule as temperaturas em 1, 2 e 3. (1,0 ponto) b) Calcule q, w, ΔU e ΔH para cada etapa do ciclo e para todo o ciclo. Se a resposta numérica não for possível de ser obtida a partir da informação presente no ciclo, escreva + (> 0), - (< 0), 0 ou ? conforme for apropriado. (1,5 pontos) 4. Calcule o aumento de temperatura e a pressão final de um gás perfeito monoatômico, se 1 mol dele é comprimido adiabaticamente e reversivelmente de 44,8 L a 300 K para 22,4 L. Considere que o seu Cv,m = 12,5 J K-1 mol-1. (2,5 pontos) 5. (QUESTÃO DESAFIO – VALE 2,0 PONTOS EXTRAS) Uma amostra de 1,0 mol de um gás perfeito, com Cp,m = 7/2R, realiza o seguinte ciclo: a) aquecimento a volume constante até que a temperatura alcance um valor que é o dobro da temperatura inicial; b) expansão adiabática e reversível, de modo que a temperatura alcance o valor inicial; c) compressão isotérmica e reversível até que a pressão inicial de 1,0 atm seja alcançada. Calcule q, w, ΔU e ΔH para cada etapa e para o ciclo completo. Fórmulas úteis ΔU = q + w wrev = ∫ − 𝑷𝒅𝑽 Cv = ( 𝝏𝑼 𝝏𝑻 )V Cp = ( 𝝏𝑯 𝝏𝑻 )P μJT = ( 𝝏𝑻 𝝏𝑷 )H Cp,m – Cv,m = R CvdT = dq – PdV w = nRTln( 𝑽𝟏 𝑽𝟐 ) ou w = nRTln( 𝑷𝟐 𝑷𝟏 ) ( 𝑻𝟐 𝑻𝟏 ) = ( 𝑽𝟏 𝑽𝟐 )𝑹 𝑪𝒗,𝒎 ⁄ P1V1γ = P2V2γ γ = Cp,m/Cv,m
