Gabarito AP2-ICF2-2013-2Sem-V4

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Introdução às Ciênci as Físicas2 
2o Semestre de 2013 AP2de ICF2 e ICF2Q 
 
Prof. Angelo Gomes 
 
1
AVALIAÇÃO PRESENCIAL2 
 
ICF2 E ICF2Q 
 
 
 
 
 
Nome:______________________________________________ ______ 
 
Pólo: _____________________________________________ _______ 
 
 
Instruções: 
Esta prova tem quatro questões. Você pode utilizar a calculadora e existe um 
formulário ao final da prova. 
A prova tem que ser feita TODA a caneta (INCLUSIVE OS DESENHOS). O ALUNO QUE 
FIZER A PROVA A LÁPIS NÃO TERÁ DIREITO À REVISÃO DE PROVA. 
 
 
QUESTÃO 1 (valor 2,5 pontos) 
 
Um sistema constituído por 0,32 mol de um gás ideal monoatômico com capacidade térmica 
a volume constante �� � ����	 ocupa um volume de 2,2 litros à 2,4 atm. Esse gás realiza o 
ciclo termodinâmico não adiabático descrito pelo diagrama PV da Figura 1. 
 
a) Identifique os processos AB ,BC e CA 
AB – processo isobárico 
BC – processo isovolumétrico 
CA – processo isotérmico 
 
b) Determine as temperaturas nos pontos 
A,B e C 
	
�
 � ���
 
�
 � 
����� � �,�∙��
�
���,�∙����	��
�,�������,�� � !"∙#
� 198,6	( 
	
�
�
 �
	)�)�) � �� 
 Questão Nota Rubrica 
AP2 
1a 
2a 
3a 
4a 
 Total 
2,4 
A 
1,2 
4,4 2,2 
P (atm) 
V(litros) 
B 
C 
 
 
 Introdução às Ciênci as Físicas2 
2o Semestre de 2013 AP2de ICF2 e ICF2Q 
 
Prof. Angelo Gomes 
 
2
 
 
�) � �
 *�+��, � 2*�.�∙��
��	��
�.�∙����	��, � 397.2	( 
 
�1 � �
 � 198.5	( 
 
 
 
c) Determine o trabalho, a quantidade de calor trocado e a variação de energia interna 
em cada processo. (total 1.6 pt) 
 
No processo AB: 
 3
) � −	
∆� � −	
(�) − �
) � 2,4 ∙ 10:	; ∙ (4,4 ∙ 10<�	=� − 2,2 ∙ 10<�	=�) 
 >?@ � −ABC	D 
 
 
E
) � �
 ∙ ∆� � 52�� ∙ (�) − �
) �
5
2 ∙ 0,32=FG ∙ 8,31
H
=FG ∙ ( (397.2 − 198.5)( 
 I?@ � JKJL, M	D 
 
 ∆NO�P
) � E
) +3
) 
 ∆RSTU?@ � VLJ, M	D 
 
 
No processo BC: 3)1 � W, XFYZ	∆� � 0 
 
 
E
) � �[ ∙ ∆�=���� ∙ (�1 − �)) � �� ∙ 0,32=FG ∙ 8,31 \���∙] ∙ (−198,5	() 
 E)1 � −VLJ, M	D 
 
 ∆NO�P)1 � E)1 +3)1 � −VLJ, M	D 
 
 
 
 
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3
No processo CA: 
 Se processo é isotérmico, então ∆NO�P � W 
 
 
Logo: ∆RSTU^? � W 
 
31
 � −���G� _�
�1` � −0,32=FG ∙ 8,31
H
=FG ∙ ( ∙ 198,5	(	 ∙ G� a
2,2 ∙ 10<�	=�
4,4 ∙ 10<�	=�b � KMM, J	D 
 >^? � KMM, J	D 
 
 ∆NO�P1
 � E1
 +31
 � 0 
 E1
 � −31
 
I^? � −KMM, J	D 
 
 
QUESTÃO 2 (valor 2,5 pontos) 
 
Um projétil de prata de 10 g, inicialmente à 30oC, é lançado a uma velocidade de 240 m/s na 
direção de um bloco de gelo à 0oC. Após o impacto, o projétil fica preso ao gelo. Calcule a 
quantidade de gelo que derreterá. Suponha que todo o processo ocorra adiabaticamente. 
 
∆Ecd�efPO� � ∆NgO�éPOg�<cd�efPO� +=cd�efPO�icd�efPO�∆�cd�efPO� 
∆NgO�éPOg�<cd�efPO� � 0 − 12 ∙ 10<�jk ∙ *240	
=
Z�,
�
 
icd�P� � 0,056 i;Gk �� � 0,23
H
k �� 
∆Ecd�efPO� � −12 ∙ 10<�jk ∙ *240	
=
Z�,
� + 10k ∙ 0,23 Hk �� ∙ (0 − 30) �� � −288	H − 69	H � −357	H 
 
 
 
∆Ecd�efPO� + ∆Elf�� � 0 
∆Ecd�efPO� � =lf��mlf�� 
 
 
 
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=lf�� � a∆Ecd�efPO�mlf�� b �
357	H
34	H/k	 
 
opqrs � JW, Ap 
 
OBS: no formulário foi dado o valor de mlf�� � 34	jH/jk quando o correto é mlf�� �
334	jH/jk. A correção será feita considerando o valor do formulário. Caso aluno tenha feito 
a questão com o valor correto, este também será aceito. 
 
 
QUESTÃO 3 (valor 2,5 pontos) 
 
Um recipiente de volume inicial de 0.0625 m3 tem 2.5 moles de um gás monoatômico em 
uma temperatura de 315 K. Em seguida, o gás é comprimido adiabaticamente até atingir o 
volume de 0,035 m3. Determine: 
 
a) a pressão final 
 
 
Pu � vwxyzy � �.:	{|}∙�.��	~{|}
�����∙��:�
�.���:	{� � 105	kPa 
 
 
 PuVu� � P�V�� 
 
P� � 105	kPa ∙ *�.���:�,��: ,
�
� � 276	j	; 
 
 
b) a temperatura final do gás 
TuVu�<� � T�V��<� 
 
T� � TuVu
�<�
V��<� � 463.6	K 
 
 
 
 
 
 
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QUESTÃO 4 (valor 2,5 pontos) 
 
Dois parafusos são fixados em duas placas 
independentes, cada um, com sua cabeça 
apontando em sentido oposto ao outro, conforme 
a Figura 1. Um dos parafusos é de aço e tem 
comprimento de 0.010 m. O outro parafuso é de 
latão e tem comprimento de 0.030 m. Os dois parafusos, quando em suas respectivas 
placas, estão separados por uma distância de apenas 5.0 µm à uma temperatura de 27oC. 
Sabendo que o coeficiente de dilatação do aço é de 11 ∙ 10<� ��<� e do latão é de 
19 ∙ 10<� ��<�, determine a variação de temperatura a partir da qual os parafusos se 
tocam. 
 
 
Para que os dois parafusos não se toquem, a soma da variação do comprimento de cada 
parafuso deve ser menor que 5 ∙ 10<�m. 
Δm�ç� + 	Δm��Pã� � 5 ∙ 10<�= 
 
 
L�ç|�uv�} � L�ç|uvu�u�}�1 − α�ç|Δ��ç�� 
 
L�ç|�uv�} − L�ç|uvu�u�} � L�ç|uvu�u�}α�ç|Δ��ç� 
 
ΔL�ç| � L�ç|uvu�u�}α�ç|Δ��ç� 
Da mesma forma: 
ΔL}��ã| � L}��ã|uvu�u�}α}��ã|Δ���Pã� 
 
L�ç|uvu�u�}α�ç|Δ��ç� + L}��ã|uvu�u�}α}��ã|Δ���Pã� � 5 ∙ 10<�= 
Δ��ç� � Δ���Pã� � Δ� 
 
Δ� � :∙�������ç�y�y�y����ç������ã�y�y�y������ã� 
 
 
 
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Δ� � :∙������.����∙��∙���� !1����.����∙��∙���� !1�� 
 
 
 �� � V,  s^ 
 
 
 
 
 
Formulário: 
Área do triângulo:A=(bxh)/2 
Área do trapézio: A=[(b+B)xh]/2 
Onde b é base, h e a altura, B base maior 
 
Constante dos gás ideais: R = 8,31 J/mol K 
Calor específico da água= 4180 J/kgoC 
Calor Latente de fusão da água= 334 kJ/kg 
Calor Latente de vaporização da água =2,26 MJ/kg 
Calor específico do gelo= 500 J/kgoC 
Calor específico da prata= 0,056 cal/gºC 
1 cal = 4,18 Joules 
1 atm = 1 x 105 Pa 
Capacidade Térmica a pressão constante: Cp=Cv+nR 
Trabalho no Processo isotérmico: 3¡→O � −���G� *�£�¤, 
Conversão oC p/ K: TK=TC+273 
¥ � 1¦1§ � :� (gás mono-atômico), onde Cp= calor específico a pressão constante e Cv é o 
calor específico a volume constante,