Lista de Exercícios - Segunda Lei da Termodinâmica - UFRB

UFRB Universidade Federal do Recôncavo da Bahia CETEC Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas CET099 Física Geral e Experimental II Lista de Problemas Segunda Lei da Termodinâmica Questão 1 Determine a a energia absorvida na forma de calor e b a variação de entropia de um bloco de cobre de 2 00 kg cuja temperatura é aumentada reversivelmente de 25 0C para 100C Questão 2 Suponha que 4 00 mols de um gás ideal sofram uma ex pansão isotérmica reversível do volume V1 para o volume V2 2 00 V1 a uma temperatura T 400 K Determine a o trabalho realizado pelo gás e b a variação de entropia do gás c Se a expansão fosse reversível e adiabática em vez de isotérmica qual seria a variação de entropia do gás Questão 3 Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica reversível a 77 0C aumentando seu volume de 1 30 L para 3 40 L A variação de entropia do gás é 22 0 JK Quantos mols de gás estão presentes Questão 4 Em um experimento 200 g de alumínio a 100C são mistu rados com 50 0 g de água a 20C com a mistura isolada ter micamente a Qual é a temperatura de equilíbrio Quais são as variações de entropia b do alumínio c da água e d do sistema alumínioágua Questão 5 Um cubo de gelo de 8 0 g a 10C é colocado em uma gar rafa térmica com 100 cm3 de água a 20C a Qual é a tem peratura de equilíbrio b De quanto varia a entropia do sistema cuboágua até o equilíbrio ser alcançado Questão 6 Um estudante universitário na falta do que fazer aquece 0 350 kg de gelo a 0C até ele se fundir completamente a Qual é a variação de entropia da água b A fonte de calor é um corpo com massa muito grande a 25C Qual é a va riação de entropia do corpo c Qual é a variação total de entropia da água e da fonte de calor Questão 7 Em um processo reversível 3 mols de um gás ideal são com primidos isotermicamente a 20C Durante a compressão um trabalho de 1850 J é realizado sobre o gás Qual é a variação de entropia do gás Questão 8 a Calcule a variação de entropia quando 1 0 kg de água a 100C é vaporizado e convertido em vapor de água a 100C b Calcule a variação de entropia quando 1 0 kg de gelo fundese a 0C transformandose em água a 0C c A vari ação de entropia na fusão é maior ou menor do que a variação de entropia na vaporização Interprete sua resposta usando a ideia de que a entropia está associada ao grau de desordem de um sistema Questão 9 Um lingote de cobre de 600 g a 80 0C é colocado em 70 0 g de água a 10 0C em um recipiente isolado a Qual é a temperatura de equilíbrio do sistema cobreágua Que va riação de entropia b o cobre c a água e d o sistema cobreágua sofrem até atingir a temperatura de equilíbrio Questão 10 Uma amostra de gás sofre expansão isotérmica reversível A figura abaixo mostra a variação S da entropia do gás em função do volume final Vf do gás A escala do eixo vertical é definida por Ss 64 JK Quantos mols de gás existem na amostra Questão 11 Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 220 Ela opera entre duas fontes de calor de temperatura constante cuja diferença de temperatura é 75 0C Qual é a tempera tura a da fonte fria e b da fonte quente Questão 12 Uma máquina de Carnot opera entre 235C e 115C absor vendo 6 30 104 J por ciclo na temperatura mais alta a Qual é a eficiência da máquina b Qual é o trabalho por ciclo que essa máquina é capaz de realizar Questão 13 Uma máquina de Carnot cuja fonte fria está a 17C tem uma eficiência de 40 De quanto deve ser elevada a tem peratura da fonte quente para que a eficiência aumente para 50 Questão 14 O motor elétrico de uma bomba térmica transfere energia em forma de calor do exterior que está a 5 0C para uma sala que está a 17C Se a bomba térmica fosse uma bomba térmica de Carnot máquina de Carnot trabalhando no sen tido inverso que energia seria transferida na forma de calor para a sala para cada joule de energia elétrica consumida Questão 15 Para fazer gelo um refrigerador de Carnot extrai 42 kJ em forma de calor a 15C durante cada ciclo com um coe ficiente de desempenho de 57 A temperatura ambiente é 30 3C Qual é a a energia por ciclo fornecida ao ambiente em forma de calor e b o trabalho por ciclo necessário para operar o refrigerador Questão 16 A figura abaixo mostra uma máquina de Carnot que tra balha entre as temperaturas T1 400 K e T2 150 K e alimenta um refrigerador de Carnot que trabalha entre as temperaturas T3 325 K e T4 225 K Qual é a razão Q3Q1 Questão 17 Na figura abaixo onde V23 3 00 V1 n mols de um gás diatômico ideal passam por um ciclo no qual as moléculas giram mas não oscilam Determine a p2p1 b p3p1 e c T3T1 Para a trajetória 1 2 determine d WnRT1 e QnRT1 f EintnRT1 e g SnR Para a tra jetória 2 3 determine h WnRT1 i QnRT1 j EintnRT1 k SnR Para a trajetória 3 1 de termine l WnRT1 m QnRT1 n EintnRT1 e o SnR Questão 18 A figura abaixo mostra um ciclo reversível a que é subme tido 1 00 mol de um gás monoatômico ideal O volume Vc 8 00 Vb O processo bc é uma expansão adiabática com pb 10 0 atm e Vb 1 00 103 m3 Para o ciclo de termine a a energia fornecida ao gás em forma de calor b a energia liberada pelo gás em forma de calor c o trabalho líquido realizado pelo gás e d a eficiência do ciclo Questão 19 O ciclo da figura abaixo representa a operação de um motor de combustão interna a gasolina O Volume V3 4 00 V1 Suponha que a mistura de admissão gasolinaar é um gás ideal com γ 1 30 Quais são as razões a T2T1 b T3T1 c T4T1 d p3p1 e e p4p1 f Qual é a efici ência do motor Questão 20 Uma bomba térmica é usada para aquecer um edifício A temperatura externa é 5 0C e a temperatura no interior do edifício deve ser mantida a 22C O coeficiente de desem penho da bomba é 38 e a bomba térmica fornece 7 54 MJ por hora ao edifício em forma de calor Se a bomba térmica é uma máquina de calor de Carnot trabalhando no sentido inverso qual deve ser a potência de operação da bomba Tabela Dados para resolução dos problemas Material k Wm K α 106C β C c Jkg K LF kJkg LV kJkg água 4190 333 2256 álcool 2430 109 879 alumínio 235 23 900 ar 0026 cobre 401 17 386 207 4730 gelo 51 2220 vapor dágua 2010 RespostasOs valores podem estar aproximados 1 a 5 79 104 J b 173 Jk 2 a 9 22 kJ b 23 1 JK c 0 3 2 75 mols 4 a 57 0C b 22 1 JK c 24 9 JK d 2 8 JK 5 a 12 2C b 0 6 JK 6 a 428 JK b 392 JK c 36 JK 7 6 31 JK 8 a 6 05 103 JK b 1 22 103 JK 9 a 409C b 27 1 JK c 30 3 JK d 3 18 JK 10 3 5 mols 11 a 266 K b 341 K 12 a 23 6 b 1 49 104 J 13 97 K 14 13 J 15 a 49 kJ b 7 4 kJ 16 203 17 a0333 b 0215 c 0644 d 110 e 110 f 0 g 110 h 0 i 0889 j 0889 k 1 10 l 0 889 m 0 n 0889 o 0 18 a 1 47 kJ b 554 J c 918 J d 624 19 a 300 b 198 c 0660 d 0495 e 0165 f 340 20 440 W