3 Lista de Física

Trabalho de Físico II\nAlunos: Quarto Matricula: 378503.\nQuestão 1: Um gás expande de um estado inicial I, para um estado final F se longo de três caminhos possíveis, conforme pode ser visto na Figura 5. Calcule o trabalho em Joules, realizado pelo gás, nos respectivos caminhos (a) IAF; (b) IF; (c) IBF. Questão 3: Um grama de água ocupa um volume de 1,00 cm³ na pressão atmosférica. Quando esta quantidade de água é fornecida, ela é transformada em 1671 cm³ de vapor. Calcule a variação da energia para este processo. (Lv = 2,26 x 10⁶ J/Kg).\n\n 1) W = -P(Vf - Vi)\nW = - (1,01 x 10⁵ Pa) (1671 cm³ - 1,00 cm³)\nW = 1,69 x 10² KJ\n\n 2) Q = L.m\nQ = 2,26 x 10⁶ J/Kg 0,001 Kg\nQ = 2,26 x 10³ J\n\n 3) ΔEint = Q + W\nΔEint = 1,69 x 10² + 2,26 x 10³\nΔEint = 3,95 x 10⁴ KJ. Questão 5: Um gás ideal é colocado em um recipiente que possui um pistão móvel. O pistão possui uma massa de 800 g e uma área de 5,00 cm², sendo livre para se mover para cima ou para baixo, mantendo a pressão do gás constante. Durante o trabalho realizado quando a temperatura de 0,200 mol de gás é elevada de 20º para 300ºC?\n\nP1.V1 = n.R.T1 (1)\nP.V2 = n.R.T2 (2)\nSubstituindo (1) e (2), temos:\nP(V2-V1) = W\nW = 2,26 x 10⁻⁴ (300-20)\nW = 6,35 x 10² J. Questão 8. Em um ciclo fechado de um gás, a variação da energia interna do gás passa de a para c e ao longo da trajetória abc é igual a -200 J. Quando passa de c para d, o gás recebe 380 J na forma de calor. Mais 80 J são recebidos quando o gás passa de d para a. Qual o trabalho realizado sobre o gás quando seu estado passa de c para d?\n\n1º -> Pela 1ª lei da Termodinâmica, que mostra a conservação da energia, temos:\n\nΔU = Q - W\n\nComo em um ciclo a variação da energia interna é sempre nula, temos:\n\nW ciclo = ΔU ciclo\n\n2º -> W ciclo = U ab + U bc + U cd + U da\n\nΔU ciclo = Q abs + Q abc + Q cd + Q da\n\nA U abc = ΔU ac = -200 J, então, ΔU da + ΔU bc = 0, vem:\n\nΔU da + 200 J = Q da - W da = Q da - Q ab + Q da - Q ab\n\npois W da = -W\n\n3º -> O enunciado diz que Q cd = 180 J e W da = 80 J, temos:\n\nΔU da = +200 J - 180 J + 80 J - W cd\ne então:\n\nW cd = 260 J - (-200 J) = 60 J. A questão 10. Um gás ideal, inicialmente a uma temperatura T = 300 K, sofre uma expansão isotérmica a uma pressão P = 2,50 kPa. Se o volume aumenta de 1,00 m³ para 3,00 m³, e a 2,5 kPa, 1,5 kW, vai transferindo calor para o gás através de calor, quais são (a) a variação na energia interna do gás e (b) sua temperatura final?\n\nA variação da energia interna de um gás ideal pode ser definida como ΔU = Q - W, onde ΔU é a variação da energia interna do gás, Q é o calor transferido e W é o trabalho realizado pelos gás.\n\nW = P.ΔV\nW = 2500.(3-1)\n\n*lembrando que 2,5 kPa = 2500 Pa e que ΔV = Vf - Vi\n\nΔV = 3 - 1 = 2\nW = 5000 J.\n\nAgora, vamos utilizar a equação que define a variação da energia interna:\nΔU = Q - W\nΔU = 13500 - 5000\nΔU = 7500 J. b) Como a transformação é isotérmica (pressão constante), a variação da temperatura é diretamente relacionada pela variação do volume de gás.\n\nEssa relação é dada pela equação V₁/T₁ = V₂/T₂\n\nAgora, resolvendo o problema:\nV₁ = V₂\nT₂ = V₂T₁/V₁\nT₂ = 3.300/1\nT₂ = 900 K.\nou seja: ΔT = 900 - 300 = 600 K. Questão 11. Uma amostra de 2,00 mol de gás, inicialmenta a 300 K e 0,400 atm e comprimida isometricamente a 1,20 atm. Observando que o gás se comporta como um gás ideal, informe (a) o volume final do gás, (b) o trabalho realizado no gás e (c) a energia transferida pelo calor. * Para uma compressão isotérmica, PV=constante, assim: Vi = nRT Pi V i Vf = Pi Vi = 0,4 atm x 0,123 m3 = 0,004 atm3 Vf = 0,014 m3 b) W = \u222b_V^V_i P dV = \u222b_V^V_i nRT dV = nRT ln (Vf / Vi) W = (2 mol)(8,31 J/mol.k)(300 K)ln (0,0041 m3 / 0,123 m3) W = +5420 J = +5,48 kJ c) ΔU = 0 = -Q - W ---> Q = W logo, Q = -5,48 kJ Questão 12. a) Determine o trabalho realizado por um gás que é expandido de Vi a Vf, conforme Figura 8; b) Quanto trabalho é realizado sobre o gás se ele é comprimido de Vf a Vi ao longo desse caminho? a) W = -P(Vf - Vi) W = - (4x10^6) x (4 - 1) W = -12 x 10^6 kJ b) W = -P(Vf - Vi) W = - (4x10^6) x (1 - 1)