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LISTA DE EXERCÍCIOS TRABALHADOS EM SALA (20%)

1ª Parte:

O calor pode ser absorvido por uma substância sem que esta mude sua temperatura. Esta afirmação contradiz o conceito do calor como uma energia no processo de transferência de energia, devido a uma diferença de temperatura?

Ao projetar um sistema térmico, um engenheiro utilizou materiais isolantes para confeccionar o recipiente e termômetros. Para testar o dispositivo, dois cubos de gelo de 50 g são colocados no sistema, contendo 200 g de água. Se a água estava incialmente à temperatura de 25 °C e se o gelo veio diretamente do freezer a – 15°C, qual será a temperatura final do sistema quando for atingido o equilíbrio térmico? Quais os estados físicos que teremos no sistema? Supondo que somente um cubo de gelo foi usado, qual a temperatura final do sistema?

A partir da prática experimental realizada em sala, explique por que o balão estoura no primeiro teste e não estoura no segundo. Defina, a partir desse exemplo, processo, sistema e ambiente.

Uma amostra de um gás se expande a partir de uma pressão e um volume iniciais de 10 Pa e 1 m3 para um volume final conforme representado no gráfico. Durante a expansão, a pressão e o volume são obtidos pela equação p = aV2 onde a = 10 N/m8. O trabalho e realizado pelo ou no sistema? Determine seu módulo

2ª Parte:

Dez gramas de oxigênio são aquecidos de 27º C a 127º C à pressão atmosférica. A) Qual a quantidade de calor transmitida para o oxigênio? B) Que fração desse calor é usado para aumentar a energia interna do oxigênio?

Um gás poliatômico possui cv= 5R e está inicialmente à 47°C. Quando este gás sofre uma expansão adiabática, seu volume atinge 2 vezes o volume inicial. Qual será a nova temperatura de equilíbrio?

Um determinado gás dentro de uma câmara passa pelo ciclo mostrado no gráfico abaixo. Determine o calor total adicionado ao sistema durante o processo CA, se o calor Qab adicionado ao sistema durante o processo AB for 20 J, nenhum calor for transferido durante o processo BC e o trabalho total realizado durante o ciclo for de 15 J.

Discuta o processo pelo qual a água congela, do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica. Lembre-se que o gelo ocupa um volume maior do que a mesma massa de água.

3ª Parte:

1) Em um dia úmido, algumas pessoas dizem que o ar está mais pesado. Como pode a densidade do ar úmido ser comparada à do ar seco, à mesma temperatura e pressão?

2) Para um gás de 0,3 nm de diâmetro molecular a uma pressão de 1 bar e 25°C, determine a fração do volume total que é ocupado pelas moléculas. Qual é a razão entre o livre caminho médio e o diâmetro da molécula?

3) Por que a temperatura de ebulição de um líquido aumenta com a pressão?

4)A que temperatura os átomos de hélio têm a mesma velocidade quadrática média que os do hidrogênio a 20°C?

4ª Parte

1) Duas salas de mesmo tamanho se comunicam por uma porta aberta. Entretanto, a média de temperatura nas duas salas é mantida a valores diferentes. Em qual sala há mais ar?

2) Os diâmetros moleculares para diferentes espécies de moléculas de gases podem ser medidos experimentalmente medindo-se as taxas com que os diferentes gases se difundem uns nos outros. Para o oxigênio com a = 2,9 x 10-10cm, qual é o livre caminho médio para o oxigênio à temperatura ambiente e à pressão atmosférica?

3) Como pode a velocidade do som no ar ser relacionada à sua pressão e temperatura?

4) O melhor vácuo que pode ser obtido em um laboratório correpsonde à pressão cerca de 1 . 10-18 atm. Quantas moléculas existem por centímetro cúbico em tal vácuo a 293 k?

5ª parte:

1) Um sistema termodinâmico executa o ciclo ABCDA. Para esse ciclo, calcule: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a quantidade de calor trocada pelo sistema; c) a variação de energia interna. Explique, utilizando este e outros exemplos, se é possível transformar calor totalmente em trabalho a partir da 1ª e da 2ª Lei da Termodinâmica.

2) Faça uma representação (PxV) do Ciclo de Carnot e o Ciclo de Stirling explicando o que acontece com as variáveis Q, W e E em cada processo.

3) Em um projeto de engenharia, um sistema termodinâmico construído com um motor absorve 110 MJ de calor a 415 K e rejeita 50 MJ a 212 K, enquanto realiza 16,7 kW.h de trabalho. Você acredita que alguma empresa investiria no projeto?

4) Por que um carro faz menos quilômetros por litro no inverno do que no verão?

Sugestões de temas p seminários:

A experiência de Joule

Refrigeradores

Ciclo de Diesel

Ciclo de Otto

Corpo Negro

Movimento Browniano

Extensão da Segunda Lei da Termodinâmica
Termodinâmica do Corpo Humano

Discussão de artigos científicos

Elaboração de um projeto termodinâmico