Lista - 1a Lei da Termodinâmica e Teoria Cinética dos Gases - 2023-2

Universidade Federal de Campina Grande Unidade Acadêmica de Física Disciplina: Física Geral II Terceira Lista de Exercícios Assunto: 1a Lei da Termodinâmica, Teoria Cinética dos Gases, Entropia e 2a Lei da Termodinâmica 1. Calcule o trabalho realizado por um agente externo durante uma compressão isotérmica de um mol de oxigênio de um volume de 22,4l a 0°C e pressão de 1atm para 16,7l. 2. O melhor vácuo obtido no laboratório possui uma pressão de cerca de 1,00 × 10-18 atm, ou 1,01×10-13 Pa. Quantas moléculas de gás existem por centímetro cúbico em um vácuo como este a 293 K? Resposta: 2,50 moléculas/m3. 3. A pressão P, o volume V e a temperatura T para um determinado material estão relacionados por , onde A e B são constantes. Encontre uma expressão para o trabalho realizado pelo material se a temperatura variar de T1 para T2 enquanto a pressão permanece constante. 4. Considere que 200J de trabalho são realizados sobre um sistema e 70cal de calor são extraídos dele. Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, quais os valores (incluindo os sinais algébricos) de (a) W, (b) Q e (c) ΔEint? Resposta: (a) -200J, (b) -70cal= -293J, (c) -93J. 5. Uma amostra de gás se expande de 1,0m3 para 4,0m3 enquanto sua pressão diminui de 40Pa. Quanto trabalho é realizado pelo gás se sua pressão varia com o volume passando por cada uma das três trajetórias mostradas no diagrama P-V abaixo? 6. O teto de uma habitação familiar em um clima frio deveria ter um valor R de 30. Para fornecer um isolamento como este. Qual deveria ser a espessura de uma camada (a) de espuma de poliuretano e (b) prata? 7. Mostre que a equação dos gases ideais, pode ser escrita na forma alternativa , onde ρ é a massa específica do gás e M é a massa molar. 8. O ar que inicialmente ocupa 0,14m3 a uma pressão manométrica de 103,0 kPa é expandido isotermicamente até uma pressão de 101,3 kPa e depois é resfriado a pressão constante até atingir o seu volume inicial. Calcule o trabalho realizado pelo ar. (Pressão manométrica é a diferença entre a pressão real e a pressão atmosférica.) Resposta: 5700J 9. A que temperatura os átomos de hélio tem a mesma velocidade de rms que os do hidrogênio a 20,0°C? Resposta; 310°C. 10. Quando 20,9J foram adicionados sob a forma de calor a um gás ideal particular, o volume do gás variou de 50,0 cm3 para 100 cm3, enquanto a pressão permaneceu constante a 1,00 atm. (a) De quanto variou a energia interna do gás? Se a quantidade de gás presente for de 2,00 × 10-3 mol, Determine o calor específico molar do gás (b) a pressão constante e (c) a volume constante. Resposta: (a) 16J, (b) 34J/mol.K, (c) 26J/mol.K. 11. Um gás ocupa um volume de 4,3l a uma pressão de 1,2 atm e uma temperatura de 310K. Ele é comprimido adiabaticamente até um volume de 0,76l. Determine (a) a pressão final e (b) a temperatura final, supondo que o gás seja ideal para o qual =  1.4. (c) Qual foi o trabalho realizado sobre o gás? Resposta: (a) 14 atm, (b) 620K. 12. Em um experimento, 200g de alumínio (com calor específico de 900J/kg.K) a 100,0°C são misturados com 50,0g de água a 20,0°C , com a mistura termicamente isolada. (a) Qual a temperatura de equilíbrio? Quais são as variações de entropia (b) do alumínio, (c) da água e (d) do sistema água- alumínio? Resposta: (a) 57°C, (b) -22,1J/K, (c) +24,9J/K, (d)+ 2,8J/K. 13. Um motor de Carnot opera entre as temperaturas 235°C e 115°C, absorvendo 6,30 × 104J por ciclo na temperatura mais alta. (a) Qual a eficiência do motor? (b) Quanto trabalho por ciclo este motor é capaz de realizar? 14. Um refrigerador de Carnot realiza 200J de trabalho para remover 600J do seu compartimento frio. (a) Qual o coeficiente de desempenho do refrigerador? (b) Quanta energia por ciclo é expelida sob forma de calor para a cozinha? 15. Um mol de um gás ideal monoatômico percorre o ciclo reversível mostrado na figura abaixo. O processo bc é uma expansão adiabática, com pb=10,0atm, Vc=8Vb e Vb=1,00×10-3m3. Determine (a) a energia adicionada ao gás sob a forma de calor, (b) a energia que deixa o gás sob a forma de calor, (c) o trabalho resultante realizado pelo gás e (d) a eficiência do ciclo. Resposta: (a) 1470J, (b) 554J, (c) 918J, (d) 62,4%.