Prova 1 Termodinamica e Mecanica Estatistica Unifal MG 2023

Universidade Federal de Alfenas Prova 1 P1Termodinâmica e Mecânica Estatística Prof Anderson 12 de maio de 2023 Valor total 10 pontos Leiam atentamente os enunciados São questões dissertativas e as respostas devem ser justificadas expondo o conhecimento pela escrita Notação e formulário P pressão V volume T temperatura Q calor W trabalho dQ CdT e dW PdV diferenciais exatas e inexatas U energia interna N número de partículas k 13806491023 JK constante de Boltzmann R 831 JmolK constante dos gases ideais n quantidade de mols de partículas PV NkT nRT equação do gás ideal S entropia A energia livre de Helmoltz G energia livre de Gibbs H entalpia μ potencial químico Relações de Maxwell Questão 1 Conceitos fenomenológicos e lei zero da Termodinâmica a Discorra sobre os conceitos envolvendo variáveis termodinâmicas equilíbrio termodinâmico e transformações termodinâmicas Qual seria a condição matemática em termos das derivadas parciais para uma diferencial ser exata Enuncie a lei zero da termodinâmica 1 ponto b Tendo em vista a relação entre calor e temperatura encontre a equação diferencial parcial associada a condução do calor em uma barra unidimensional Fourier Pela equação da continuidade e teorema de Gauss generalize o resultado anterior para 3 dimensões 1 ponto Questão 2 Primeira Lei da Termodinâmica a Explique a Primeira Lei da Termodinâmica implementando e definindo adequadamente a função de estado necessária para balancear a conservação de uma quantidade física relevante na discussão 05 pontos b Encontre o trabalho realizado em uma isoterma para o caso de um gás ideal Deduza a energia interna de um gás ideal tendo em vista o conceito de energia cinética 05 pontos Questão 3 Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica a Faça uma discussão sobre máquinas térmicas ou refrigerador via diagramas de fluxo de energia defina a troca de calor entre fontes quentes e frias via Ciclo de Carnot no diagrama PV e mostre como definimos via Ciclo de Carnot uma escala absoluta de temperatura 05 pontos b Enuncie o caminho natural para os processos ocorrerem na natureza tendo em vista a abordagem de Clausius e Kelvin Demonstre que nenhuma máquina térmica é mais eficiente que uma máquina de Carnot 1 ponto Questão 4 Segunda Lei da Termodinâmica e desordem de um sistema a Enuncie e demonstre o teorema de Clausius encontrando e definindo a função de estado conveniente para a discussão 1 ponto b Encontre a entropia de um gás ideal 05 pontos c Mostre o conceito de degradação da energia em processos irreversíveis encontrando a quantidade de energia desperdiçada 1 ponto Questão 5 Energia livre termodinâmica a Mostre via Segunda Lei da Termodinâmica desigualdade que em um sistema isolado mecanicamente a temperatura constante a energia livre de Helmoltz nunca aumenta Com a função de estado energia livre de Helmoltz em mãos qual seria a condição de equilíbrio para um sistema isolado onde suas partes satisfazem a relação A A1 A2 V V1 V2 1 ponto b Mostre que em um sistema a temperatura e pressão constantes a energia livre de Gibbs nunca aumenta e o estado de equilíbrio termodinâmico é dada pela energia mínima Demonstre o conceito de reações favoráveis e energia livre de Gibbs via entalpia e classifique as reações 1 ponto Questão 6 Seja um sistema isolado em equilíbrio termodinâmico Supondo que as variáveis de estado extensivas associada aos seus subsistemas composto por 2 partes satisfaçam as relações U U1 U2 V V1 V2 S S1 S2 N N1 N2 qual seria a condições para o equilíbrio desse sistema 1 ponto Questão Bônus Transição de fase líquidosólido Encontre a equação que descreve a diminuição da temperatura associada ao ponto de fusão de um solvente tendo em vista a existência de um soluto na solução solventesoluto por meio da energia livre de Gibbs molar frações molares e mistura de gases ideais A expressão será dada em termos das temperaturas solvente puro mistura calor latente associado a fusão constante ideal dos gases e fração molar do soluto 1 ponto S G μi GNi gi RTx x NiN si giT i12 Δs ΔqT Δq lF calor latente