93559863--Termodinamica

TERMODINÂMICA

CAPÍTULO 01

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GÁS IDEAL OU PERFEITO

Gás que não existe por satisfazer certas hipóteses.

1) As partículas possuem movimento aleatório no recipiente.

2) As partículas possuem velocidades iguais e equivalente a velocidade média das partículas.

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3) A interação entre as partículas só ocorre durante as colisões.

4) Os choques das partículas são colisões elásticas.

5) O volume das partículas é desprezível frente ao do recipiente.

HIPÓTESES

O gás real se aproxima de um gás ideal quando está em altas temperaturas e baixas pressões.

Baixas Pressões:

GÁS REAL ≈ GÁS IDEAL

Altas temperaturas: Velocidade Força na colisão

Força na colisão Forças eletromagnéticas>>

Distância entre as partículas

Forças eletromagnéticas entre as partículas

Pág 01

EQUAÇÃO DE CLAYPERON (Equação do gás ideal)

P - Pressão V - Volume n – número de mols

R – Constante universal dos gases

T – Temperatura

R = 8,31 J/mol.k = 0,082 atm.L/mol.k

VARIÁVEL DE ESTADO

Variável que só depende do estado.

Ex: Pressão, Volume, Temperatura, Energia interna e Entropia.

P

V

AEstado A: PA ; VA ; TA

BEstado B: PB ; VB ; TB

P.V = n.R.T

A temperatura do gás permanece constante.

TRANSFORMAÇÕES TERMODINÂMICAS

Transformação isotérmica

Gás ideal: P.V = n.R.T => P.V = constante

P0 . V0 = P . V

DIAGRAMA P x V

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T1

P.V = k

P = k / V

A temperatura do gás permanece constante.

T1



Gás ideal: P.V = n.R.T => P.V = constante

P0 . V0 = P . V

DIAGRAMA P x V

P.V = k

P = k / V

T2 T2 > T1Isoterma

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Quanto maior a distância da isoterma em relação a origem, maior a sua temperatura.

A pressão do gás permanece constante.


Transformação isobárica

Gás ideal: P.V = n.R.T => V / T = n.R / P =>

V0 / T0 = V / T

DIAGRAMA P x V

V / T = constante

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O volume do gás permanece constante.


Transformação isocórica ou isovolumétrica ou isométrica

Gás ideal: P.V = n.R.T => P / T = n.R / V =>

P0 / T0 = P / T

DIAGRAMA P x V

P / T = constante

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A pressão, o volume e a temperatura variam.


Transformação Geral

Gás ideal: P.V = n.R.T => P.V / T = n.R =>

P0.V0 / T0 = P.V / T

P.V / T = constante

Obs: Quando há escapamento ou introdução de gás (n variável):

Gás ideal: P.V = n.R.T => P.V / n.T = R => P.V / n.T = constante

Lei geral dos gases perfeitosP0.V0 / n0.T0 = P.V / n.T

REPRODUÇÃO EXPERIMENTAL DAS TRANSFORMAÇÕES

FONTE ( T1 )

Variáveis de estado do gás

( P1 ; V1 ; T1 )

Expansão Isotérmica

Transformação Isotérmica


( P2 ; V2 ; T1 )

FONTE ( T1 )

Q

Contração Isotérmica

FONTE ( T1 )


( P1 ; V1 ; T1 )


( P2 ; V2 ; T1 )

FONTE ( T1 )


Transformação Isotérmica

Q


FONTE QUENTE

( T2 )


( P1 ; V1 ; T1 )

Expansão Isobárica

Transformação Isobárica


( P1 ; V2 ; T2 )

FONTE QUENTE

( T2 )

Q


( P1 ; V1 ; T1 )

FONTE FRIA

( T1 )

FONTE FRIA

( T1 )


( P1 ; V2 ; T2 )


Transformação Isobárica

Contração Isobárica Q


Transformação Isométrica


( P1 ; V1 ; T1 )



( P2 ; V1 ; T2 )

FONTE QUENTE ( T2 )

FONTE QUENTE ( T2 )

Q




( P1 ; V1 ; T1 )


FONTE FRIA

( T1 )


( P2 ; V1 ; T2 )

FONTE FRIA ( T1 )

Q



Quando a fonte e o gás estão a mesma temperatura e altera-se lentamente (processo quase estático) o peso sobre o êmbolo.

Transformação isobárica

Quando a fonte e o gás estão a temperaturas diferentes, o peso sobre o êmbolo não muda e o processo é quase estático.

Transformação isocórica

Quando o êmbolo está fixo.

Nas transformações isotérmica e isobárica:

Na expansão o gás recebe calor e na contração perde calor.

Processo quase estático = muito lento

01.(PUCMG 2001) Sobre a situação mostrada, é CORRETO afirmar:

a)A temperatura do gás em B é igual à temperatura do gás em A.b)Durante o processo B C, a pressão do gás permanece constante.c)No estado A, o volume do gás é aproximadamente 125 cm³.d)Durante o processo A B, o produto do volume do gás pela sua temperatura expressa em kelvins permanece constante.

06. (Puccamp 2001) Certa amostra de gás perfeito sofre as transformações A-B e B-C indicadas no diagrama pV.Sendo a temperatura no estado A igual a 327°C, a temperatura noestado C, em °C, éa) 82b) 164c) 327d) 491e) 654

PA.VA/nA.TA = PC.VC/nC.TC =>

Aplicando-se a lei geral dos gases perfeitos:

2 . 1 / TA = 1 . 2 / TC => TC = TA

TC = 327 ºC

Isotérmico (P.V = k) -

Isobárico (V / T = k) -

Isocórico (P / T = k) -

(III)

(IV)

(II)

Os gráficos que representam os processos isotérmico, isobárico e isovolumétrico, são, respectivamente.

a) I, II e IIIb) III, IV e IIc) II, III e IVd) I, III e Ve) III, II e V

20.(UFV 2001) Os gráficos a seguir ilustram transformações termodinâmicas de uma massa constante de uma gás ideal, relacionando as variáveis de estado termodinâmico, pressão P, volume V e temperatura T.

56. (UFMG 2005) Gabriela segura um balão com gás hélio durante uma viagem do Rio de Janeiro até o pico das Agulhas Negras.No Rio de Janeiro, o volume do balão era V0, e o gás estava à pressão p0 e temperatura T0, medida em Kelvin.Ao chegar ao pico, porém, Gabriela observa que o volume do balão passa ser 6/5 V0 e a temperatura do gás, 9/10 T0.Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no pico das Agulhas Negras, a pressão do gás, no interior do balão, éa) p0 b) 3/4 p0 c) 9/10 p0 d) 5/6 p0

P0 . V0 / n0 .T0 = P . V / n .T

Aplicando-se a lei geral dos gases perfeitos:

P0.V0 / T0 = P .(6/5V0) / (9T0/10)

P0 = P . (6 / 5) . (10 / 9)

P = 3.P0/4

P0 = P . (4 / 3)

57. (UFMG 2006) Regina estaciona seu carro, movido a gás natural, ao Sol.Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal.Assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa a pressão em função da temperatura do gás na situação descrita.

Transformação Isocórica (P / T = k)

59. (UFPE 2005) Uma panela de pressão com volume interno de 3,0 litros e contendo 1,0 litro de água é levada ao fogo. No equilíbrio térmico, a quantidade de vapor de água que preenche oespaço restante é de 0,2 mol. A válvula de segurança da panela vem ajustada para que a pressão interna não ultrapasse 4,1 atm. Considerando o vapor de água como um gás ideal e desprezando o pequeno volume de água que se transformou em vapor, calcule a temperatura, em 10² K, atingida dentro da panela.a) 4,0b) 4,2c) 4,5d) 4,7e) 5,0

P.V = n . R . T

4,1 . 2 = 0,2 . 0,082 . T

8,1 / 0,0164 = T

T = 4,94.102 K

2 L

R = 8,31 J / mol . k

R = 0,082 atm.L / mol . k

Aplicando-se a equação de Clayperon:

T = 494 K

TRABALHO DE UM GÁS


FONTE QUENTE

( T )

F

Para uma força constante: W = F . d . cosθ

d

FONTE QUENTE

( T )

P = F / A

W = F . d . cos0o => W = P . A . d =>

W = P . ΔV (Trabalho de um gás a pressão constante)

Pág 05

TRABALHO DE UM GÁS


FONTE QUENTE

( T )

F

d

FONTE QUENTE

( T )


V > V0

ΔV > 0

W > 0 ( Trabalho positivo )

Trabalho motor (Trabalho realizado pelo sistema)

Pág 05

TRABALHO DE UM GÁS


Contração Isobárica


( P1 ; V1 ; T1 )

FONTE FRIA

( T1 )


( P1 ; V2 ; T2 )

FONTE FRIA

( T1 )V < V0

ΔV < 0

Trabalho resistente (Trabalho realizado sobre sistema)

W < 0 ( Trabalho negativo )

Pág 05

TRABALHO DE UM GÁS (Pressão variável)

Trabalho de uma força variável:

Trabalho de uma força constante: W = F . d . cosθ

A área do gráfico F x d é numericamente igual ao trabalho.

LEMBRETE


A = WN

TRABALHO DE UM GÁS (Pressão variável)

A área do gráfico P x V é numericamente igual ao trabalho.

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A = WN

Ex1:Transformação isobárica

EXEMPLOS

P

V0

V

A = WN

W = b . h

W = P . ΔV

W = (V – V0) . P

Pág 06

+ W- W

TRABALHO DE UM GÁS

Quando o gás se expande o trabalho é realizado pelo gás e quando se contrai é realizado sobre o gás.

Ex2:Transformação isométrica

A = WN

Quando o gás não varia seu volume não há realização de trabalho.

EXEMPLOS

TRABALHO DE UM GÁS

W = 0

Ex3:Transformação isotérmica

A = WNP0

V0

P

V

EXEMPLOS

TRABALHO DE UM GÁS

TRABALHO DE UM GÁS

Qual é, aproximadamente, o trabalho realizado na transformação isotérmica do gráfico?

105 N / m

1 m3


EXEMPLOS

TRABALHO DE UM GÁS



EXEMPLOS

105 N / m

1 m3

TRABALHO DE UM GÁS



EXEMPLOS

105 N / m2

1 m3

Área de 1 quadrado:

W = 105 J

W = 5.105 J

A = WN

W > 0 ( Trabalho positivo )

Trabalho motor (Trabalho realizado pelo sistema)

TRABALHO DE UM GÁS

Ex4:Transformação cíclica (Sentido horário)

EXEMPLOS

Pág 12

O trabalho de um processo cíclico é numericamente igual a área dentro do ciclo no diagrama P x V.

A = WN

Trabalho resistente (Trabalho realizado sobre sistema)

W < 0 ( Trabalho negativo )

TRABALHO DE UM GÁS

Ex4:Transformação cíclica (Sentido anti-horário)

EXEMPLOS

Pág 12

O trabalho de um processo cíclico é numericamente igual a área dentro do ciclo no diagrama P x V.

02.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior, é FALSO afirmar:a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança.b)No processo A B C, há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança.c)No processo completo A B C A, há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança, mas seu valor é menor que 130J.d)No processo B C, não há qualquer realização de trabalho, nem pela amostra de gás, nem pela vizinhança, e há transferência de calor da vizinhança para o sistema.

V

V

02.(PUCMG 2001) Ainda sobre a mesma situação da questão anterior, é FALSO afirmar:a)No processo C A há transferência de calor da amostra de gás para a vizinhança.b)No processo A B C, há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança.c)No processo completo A B C A, há um trabalho total positivo realizado pelo gás sobre a vizinhança, mas seu valor é menor que 130J.d)No processo B C, não há qualquer realização de trabalho, nem pela amostra de gás, nem pela vizinhança, e há transferência de calor da vizinhança para o sistema.

10-6 m3

49 QUADROS

W = 49.104.250.10-6

W = 122,5 J

1 Quadro = 104.250.10-6

W = 12250.10-2

V

V

V

04.(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. Veja-se a figura:

Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2), podemos afirmar que o trabalhoa)é mínimo na transformação 1 5 2.b)é máximo na transformação 1 4 2.c)é o mesmo em qualquer transformação.d)é o máximo na transformação 1 3 4 2.e)é o mínimo na transformação 1 4 2.

04.(Fatec 2003) Um sistema pode ir de um estado termodinâmico inicial (1) a um estado final (2) por diferentes caminhos. Veja-se a figura:

Nas transformações por que passa o sistema de (1) para (2), podemos afirmar que o trabalhoa)é mínimo na transformação 1 5 2.b)é máximo na transformação 1 4 2.c)é o mesmo em qualquer transformação.d)é o máximo na transformação 1 3 4 2.e)é o mínimo na transformação 1 4 2.

O trabalho é mínimo no processo 1-4-2 e máximo no processo 1-3-2.

08.(UEL 2001) O gráfico abaixo, que relaciona a pressão com o volume, apresenta três evoluções de gases, conforme as curvas I, II e III. Sobre essas evoluções, é correto afirmar:a)A evolução III é isotérmica.b)Na evolução I o gás cedeu calor.c)O trabalho realizado pelo gás na evolução I é maior que o trabalho realizado na evolução II.d)Na evolução I a temperatura diminui.e)O trabalho na evolução II é negativo.

08.(UEL 2001) O gráfico abaixo, que relaciona a pressão com o volume, apresenta três evoluções de gases, conforme as curvas I, II e III. Sobre essas evoluções, é correto afirmar:a)A evolução III é isotérmica.b)Na evolução I o gás cedeu calor.c)O trabalho realizado pelo gás na evolução I é maior que o trabalho realizado na evolução II.d)Na evolução I a temperatura diminui.e)O trabalho na evolução II é negativo.

Como a área abaixo da reta I é maior do que a área abaixo da reta II, WI > WII.

15.(UFMG 2001) Um gás ideal, em um estado inicial i, pode ser levado a um estado final f por meio dos processos I, II e III, representados neste diagrama de pressão versus volume:Sejam WI, WII e WIII os módulos dos trabalhos realizados pelo gás nos processos I, II e III, respectivamente.Com base nessas informações, é CORRETO afirmar quea)WI < Wll < WIII.b)WI = WII = WIII.c)WI = WIII > WII.d)WI > WII > WIII.

53. (Ufv 2000) Uma máquina térmica executa o ciclo representado no gráfico seguinte:

Se a máquina executa 10 ciclos por segundo, a potência desenvolvida, em quilowatt, é:a) 8 b) 8000 c) 80 d) 0,8 e) 800

Sabendo-se que o trabalho num ciclo é numericamente igual a área do ciclo e aplicando-se a definição de

potência:

P = W / Δt

P = 10 . 0,2 . 4.105 / 1

P = 8.105 W

P = 800.103 W

P = 800 kW

62.(UFC 2005) Um gás ideal sofre o processo cíclico mostrado no diagrama P × T, conforme figura abaixo. O ciclo é composto pelos processos termodinâmicos a b, b c e c a. Assinale entre as alternativas abaixo aquela que contém o diagrama P×V equivalente ao ciclo P×T.

ENERGIA INTERNA ( U )

É uma variável de estado que mede a soma das energias de todas as partículas do sistema.

P

V

A

B

VARIÁVEL DE ESTADO


Em qual dos processos a variação de energia interna é maior?

Como a energia interna é uma variável de estado, ΔU é o mesmo em cada processo.

Pág 05



P

V

VARIÁVEL DE ESTADO


A

Qual a variação de energia interna num processo cíclico?

Como a energia interna é uma variável de estado, a energia interna inicial e a final são iguais. Portanto, ΔU = 0.

Pág 05



ECM = 3.k.T / 2

U = N . ECM

U = N . 3.k.T / 2

U = n.NA. 3.(R / NA).T / 2

U = (3/2).n.R.T

ΔU = (3/2).n.R.ΔT

(Gás ideal monoatômico)

k = R / NA =>

n = N / NA

Pág 05

Gás real ≈ Gás ideal (Altas temp. e baixas pressões)

k = 1,38.10-23 J / molécula.Kk = 8,31 / 6,02.1023 =>

ΔU = (3/2).n.R.ΔT

LEI DE JOULE

A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura.

T2 > T1 (aquecimento) => ΔT > 0 => ΔU > 0 (U aumenta);

T2 < T1 (resfriamento) => ΔT < 0 => ΔU < 0 (U diminui);

T2 = T1 (T não varia) => ΔT = 0 => ΔU = 0 (U não varia).

Pág 06

GÁS IDEAL

1) Pode-se usar a equação de Clayperon P.V = n.R.T

2) A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura (Lei de Joule).

ΔU = (3/2).n.R.ΔT

LEI DE JOULE

A energia interna de uma dada massa de gás ideal só depende da temperatura.

Pág 06

11. (UFES 2000) Certa quantidade de um gás ideal é levada do estado A ao estado B pelo processo AB, e do estado B ao estado C pelo processo BC, como mostrado no diagrama pressão ×temperatura da figura. Com base nesse diagrama, pode-se afirmar quea) o volume ocupado pelo gás é maior no estado A que no estado B.b) durante o processo BC a energia interna do gás não varia.c) o processo AB é uma compressão isotérmica.d) durante o processo AB a energia interna do gás não varia.e) a energia interna do gás é a mesma nos estados A e C.

Processo isotérmico: P.V = const.F

F

lei de Joule

F

63. (UFBA 2002) Um cilindro, munido de um êmbolo móvel, contém um gás ideal que ocupa um volume de 3 L, à temperatura T1. O gás é aquecido, lentamente, até a temperatura T2, quandopassa a ocupar um volume de 3,5 L. Durante o processo, a superfície externa do êmbolo, cuja área vale 0,5 m², está sob a ação de pressão atmosférica constante e igual a 105 N/m².Nessas condições, pode-se afirmar:01) O processo é isobárico.02) A força exercida pelo gás sobre o êmbolo vale 2 × 105 N.

04) A energia interna do gás permanece constante durante o processo.08) O gás realiza trabalho de 50J sobre a vizinhança.

16) A velocidade média das moléculas do gás é a mesma no início e no fim do processo.32) O volume do gás, durante o processo, aumenta linearmente com a temperatura.

V

P = F / A => 105 = F / 0,5 => F = 0,5.105 N

F

F

W = P . ΔV => W = 105 . 0,5.10-3 => W = 0,5.102 => W = 50 J

1 L = 10-3 m3

V

F

V / T = const. ( isobárica )V

QUESTÃO EXTRA (PUC-MG) Uma certa massa de gás ideal é submetida a uma série de transformações mostradas na figura a seguir:As afirmativas seguintes foram feitas em relação a essas transformações:I. O trabalho total trocado com o meio externo pode ser obtido pela área do triângulo ABC.II. B é o ponto onde a energia interna do gás é máxima.III. A transformação CA corresponde a uma expansão isovolumétrica.

Assinale:a) se somente a afirmativa I está corretab) se somente a afirmativa II está corretac) se somente as afirmativas I e II estão corretasd) se somente as afirmativas II e III estão corretase) se as afirmativas I, II e III estão corretas

V

V

F

lei de Joule

QUESTÃO EXTRA (UEL-98) Uma amostra de gás perfeito foi submetida às transformações indicadas no diagrama PV a seguir. Nessa seqüência de transformações, os estados de maior e de menor temperatura foram, respectivamente,a) 1 e 2b) 1 e 3c) 2 e 3d) 3 e 4e) 3 e 5

P1.V1 = 10.2 => P1.V1 = 20 atm.L

P2.V2 = 7.4 => P2.V2 = 28 atm.L

P3.V3 = 4.2 => P3.V3 = 8 atm.L

P4.V4 = 3.5 => P4.V4 = 15 atm.L

P5.V5 = 2.8 => P5.V5 = 16 atm.L

O estado com maior produto P.V possui maior temperatura.

PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA

FONTE QUENTE

( T )

d

FONTE QUENTE

( T )


QQ = 1000 J

WW = 400 J

ΔU = 600 J

ΔU = Q – W (1ª lei da termodinâmica)

A variação da energia interna de um sistema é igual ao calor trocado menos o trabalho realizado.

Pág 07


Comentários

1) Introduz a variável de estado energia interna (U).

2) Mostra que o calor é uma forma de energia.

3) É uma reafirmação do princípio da conservação da energia.

ΔU = Q - W

Pág 07


ΔU = Q - W

CONVENÇÃO• Calor trocado ( Q )

Recebe calor ( Q > 0 )

Perde calor ( Q < 0 )

• Trabalho realizado ( W )

Volume aumenta ( W > 0 ,Trabalho realizado pelo gás)

Volume diminui ( W < 0 , Trabalho realizado sobre o gás)

• Variação da energia interna de um gás ideal ( ΔU )

Temperatura aumenta ( ΔU > 0 )

Temperatura diminui ( ΔU < 0 )lei de Joule

Pág 07


ΔU = Q - W

EXEMPLO

Um gás perde 50 J de calor e é realizado sobre o gás um trabalho de 80J. Qual a variação de energia interna do gás?

ΔU = Q - W

ΔU = - 50 – ( - 80 )

ΔU = - 50 + 80

ΔU = 30 J

Aplicando-se a 1ª lei de termodinâmica:

Pág 07

APLICAÇÕES DA 1ª LEI DA TERMODINÂMICA

ΔU = Q - W

Transformação isotérmica de um gás ideal

ΔT = 0 => ΔU = 0 ( Lei de Joule)

0 = Q - W

Q = W

Pág 08

Transformação isotérmica de um gás ideal

Todo o calor trocado é usado para realizar trabalho.


ΔU = Q - W

Transformação isocórica (volume constante)

Transformação isocórica

Todo o calor trocado é usado para variar a energia interna.

Pág 11

ΔV = 0 => W = 0

ΔU = Q - 0

ΔU = Q


ΔU = Q - W

Expansão isobárica de um gás ideal

Expansão isobárica de um gás ideal

A quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.

Pág 10

V / T = constante

ΔU > 0 (Lei de Joule)

Q > W

ΔT > 0 =>


ΔU = Q - W

Expansão isobárica

Expansão isobárica

A quantidade de calor recebida é maior que o trabalho realizado.

FONTE QUENTE

( T )

d

FONTE QUENTE

( T )


W

QQ = 1000 J

W = 400 J

ΔU = 600 J

ΔU = 600 J

Quando não há trocas de calor do sistema com o ambiente.


Transformação Adiabática

1) Gás contido num recipiente de paredes adiabáticas.

Expansão adiabática

Pág 08

Essa transformação pode ocorrer em duas situações:




2) Transformação realizada rapidamente.

Expansão adiabática

Pág 08

O êmbolo é puxado rapidamente.

Parede diatérmica: Parede que permite trocas de calor.

Essa transformação pode ocorrer em duas situações:




ΔU = Q - W

ΔU = 0 - W

ΔU = - W

Transformação adiabática

O trabalho realizado ocorre às custas da energia interna.

Pág 09




ΔU = - W

Pág 09

ΔV > 0 => W > 0

ΔU = - W => ΔU < 0

Temperatura diminui

ΔV < 0 => W < 0

ΔU = - W => ΔU > 0

Temperatura aumenta

a) Expansão (gás ideal) b) contração (gás ideal)

EXEMPLOS


Ex1: Por que a bomba fica aquecida ao encher uma bola?

O gás no interior da bomba sofre uma contração adiabática, o que aumenta a sua temperatura.

Pág 09



Ex2: Soprar com a boca aberta ou quase fechada

Ex3: Gás frio expelido pelo desodorante aerosol

Ex4: Espuma do champagne

Ex5: Rastro deixado pelo foguete

DIAGRAMA P x V


Pág 10




1) Quando o gás evolui num recipiente de paredes adiabáticas (a velocidade do processo é irrelevante).

2) Quando o gás evolui muito rapidamente num recipiente de paredes diatérmica.

TRANSFORMAÇÃO ADIABÁTICA

12.(UFES 2004) Uma certa quantidade de gás ideal é levada de um estado inicial a um estado final por três processos distintos, representados no diagrama P×V da figura a seguir. O calor e o trabalho associados a cada processo são, respectivamente, Q1 e W1, Q2 e W2, Q3 e W3. Está correto afirmar que:a)W1 = W2 = W3 e Q1 = Q2 = Q3b)W1 < W2 < W3 e Q1 < Q2 < Q3c)W1 > W2 > W3 e Q1 > Q2 > Q3d)W1 = W2 = W3 e Q1 < Q2 < Q3e)W1 > W2 > W3 e Q1 = Q2 = Q3

ΔU = Q – W = constante

ΔU1 = ΔU2 = ΔU3 , pois os processos ocorrem entre os mesmos pontos (a energia interna é uma variável de estado). Assim, da 1ª lei da termodinâmica, troca maior calor o processo que realiza maior trabalho.

F

F

F

13.(UFG 2000) O diagrama ao lado, da pressão em função do volume, mostra as transformações termodinâmicas sofridas por n moles de um gás ideal. Assim,( ) as variações de energia interna do gás nos trechos ABC e ADC são diferentes.( ) o calor absorvido no trecho AB é igual ao trabalho realizado pelo gás, nesse trecho.( ) na expansão adiabática (trecho BC), o trabalho realizado pelo gás é diretamente proporcional a T0 - T1.( ) tanto no trecho AD quanto no trecho DC, o gás absorve calor.

F

V

V

F

Energia interna é uma variável de estado

ΔU = Q – W => Q = W

ΔU = Q – W

(3/2)n.R.ΔT = – W

W = k.(T0 – T1)

W α (T0 – T1)

W = - (3/2)n.R.(T0 – T1)

40.(PUCRS 2003) Uma certa quantidade de ar contido num cilindro com pistão é comprimida adiabaticamente, realizando-se um trabalho de -1,5kJ. Portanto, os valores do calor trocado com o meio externo e da variação de energia interna do ar nessa compressão adiabática são, respectivamente,

a) -1,5kJ e 1,5kJ.b) 0,0kJ e -1,5kJ.c) 0,0kJ e 1,5kJ.d) 1,5kJ e -1,5kJ.e) 1,5kJ e 0,0kJ.

ΔU = Q – W

ΔU = 0 – (-1,5)

ΔU = 1,5 kJ

A partir da 1ª lei da termodinâmica:

41.(UFES 2001) Um cilindro de parede lateral adiabática tem sua base em contato com uma fonte térmica e é fechado por um êmbolo adiabático pesando 100N. O êmbolo pode deslizar sem atrito ao longo do cilindro, no interior do qual existe uma certa quantidade de gás ideal. O gás absorve uma quantidade de calor de 40J da fonte térmica e se expande lentamente, fazendo o êmbolo subir até atingir uma distância de 10cm acima da sua posição original.

Nesse processo, a energia interna do gása) diminui 50 J.b) diminui 30 J.c) não se modifica.d) aumenta 30 J.e) aumenta 50 J.

ΔU = Q – W

Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica:

ΔU = 40 – 100.0,1

ΔU = 30 J

ΔU = Q – F . d

(Expansão isobárica)

58.(Vunesp 2003) Um gás, que se comporta como gás ideal, sofre expansão sem alteração de temperatura, quando recebe uma quantidade de calor Q = 6 J.a)Determine o valor ΔE da variação da energia interna do gás.b)Determine o valor do trabalho T realizado pelo gás durante esse processo.

a) A partir da lei de Joule sabe-se que numa expansão isotérmica de um gás ideal a variação de energia interna é nula (ΔE = 0).

b) Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica:

ΔE = Q – T => 0 = 6 – T => T = 6 J

60.(UFSCar 2005) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a quala)o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.b)o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.c)o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna.d)não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna.e)não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.

ΔU = Q – W => ΔU = – W

64.(UECE 2004) A primeira lei da Termodinâmica trata do princípio da conservação de energia em sistemas termodinâmicos. Ela afirma que uma quantidade de calor ΔQ cedida a um sistema pode causar uma variação em sua energia interna ΔU ou realizar um trabalho ΔW sobre ele. Destas três quantidades expressas na primeira lei:a)ΔQ independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final.b)ΔU independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final.c)ΔW independe do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final.d)todas elas dependem do processo ocorrido entre o estado inicial e o estado final.

Energia interna é uma variável de estado

MÁQUINAS TÉRMICAS

Dispositivo que operando em ciclos transforma parte da energia retirada da fonte quente em energia útil (trabalho).

Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Do princípio da conservação da energia:

QQ = W + QF

W = QQ - QF

Rendimento (η):

η = W / QQ

η = (QQ – QF) / QQ

η = 1 – QF / QQ

Pág 12

MÁQUINAS TÉRMICAS


Rendimento (η):

η = 1 – QF / QQ

Qual o valor de QF para que o rendimento da máquina seja de 100%?

QF = 0

2ª LEI DA TERMODINÂMICA ( 1ª FORMA )

É impossível construir uma máquina com rendimento de 100%

Pág 13

Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Pág 12

MÁQUINAS TÉRMICAS



É impossível construir uma máquina com rendimento de 100%

Diagrama P x V

Pág 13

Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Pág 12

REFRIGERADOR OU MÁQUINA FRIGORÍFICA

Dispositivo que em ciclos retira calor da fonte fria para a fonte quente às custas da realização de trabalho.

Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Do Princípio da conservação da energia:

QQ = W + QF

W = QQ - QF

Coeficiente de performance ou Eficiência ():

= QF / W

Pág 13

Coeficiente de performance ou Eficiência ():

= QF / W

Para que a eficiência seja a maior possível ( ) W deve tender a que valor?

W 0


É impossível construir um refrigerador que funcione sem a realização de trabalho sobre ele.

Pág 13



Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Pág 12


É impossível construir um refrigerador que funcione sem a realização de trabalho sobre ele.

Diagrama P x V

Pág 13



Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W

Pág 12

PERGUNTINHA DERRUBADA

O que deve acontecer com a temperatura da cozinha ao deixar a porta da geladeira aberta?

Refrigerador

A cozinha será a fonte fria e quente ao mesmo tempo. Como o calor liberado na fonte quente é maior que o retirado na fonte fria, a cozinha recebe mais calor do que perde e a sua temperatura aumenta.

Fonte Quente

Fonte Fria

QQ

QF

W



Processo que não provoca alterações permanentes no sistema e no ambiente de forma que o processo oposto possa ocorrer espontaneamente.

MÁQUINA DE CARNOT

Máquina com maior rendimento possível.

PROCESSO REVERSÍVEL

Ex1: Lançar corpo num plano com atrito

Todos os processos naturais são irreversíveis.

Ex2: Automóvel subindo uma rampa

PROCESSOS IRREVERSÍVEIS

Pág 13

Pode-se mostrar que para um ciclo de Carnot:

QF / QQ = TF / TQ

Rendimento:

η = 1 – QF / QQ

ηCAR = 1 – TF / TQ

T – Temperatura (k)

MÁQUINA DE CARNOT


Pág 14

Qual o valor de TF para que o rendimento da máquina seja de 100%?

Rendimento:

η = 1 – TF / TQ

TF = 0 k

T – Temperatura (k)

3ª LEI DA TERMODINÂMICA

O zero absoluto é inatingível.

Obs: Nem mesmo a máquina de Carnot tem rendimento de 100%.

MÁQUINA DE CARNOT


Pág 14

Pág 14

(UFRN 2007) As máquinas térmicas transformam a energia interna de um combustível em energia mecânica. De acordo com a 2a Lei da Termodinâmica, não é possível construir uma máquina térmica que transforme toda a energia interna do combustível em trabalho, isto é, uma máquina de rendimento igual a 1 ou equivalente a 100%.O cientista francês Sadi Carnot (1796-1832) provou que o rendimento máximo obtido por uma máquina térmica operando entre as temperaturas T1 (fonte quente) e T2 (fonte fria) é dado por η = 1 – T2 / T1.Com base nessas informações, é correto afirmar que o rendimento da máquina térmica não pode ser igual a 1 porque, para isso, ela deveria operarA) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, no zero absoluto.B) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma fonte fria à temperatura T2 = 0 oC.C) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, diferente do zero absoluto.D) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma fonte fria à temperatura T2 = 0 K.

05.(ITA 2003) Uma certa massa de gás ideal realiza o ciclo ABCD de transformações, como mostrado no diagrama pressão volume da figura. As curvas AB e CD são isotermas. Pode-se afirmar quea)o ciclo ABCD corresponde a um ciclo de Carnot.b)o gás converte trabalho em calor ao realizar o ciclo.c)nas transformações AB e CD o gás recebe calor.d)nas transformações AB e BC a variação da energia interna do gás é negativa.e)na transformação DA o gás recebe calor, cujo valor é igual à variação da energia interna.

ΔU = Q - W

ΔU = Q - 0

ΔU = Q

10. (UFC 2002) A figura a seguir mostra um “ciclo de Carnot”, representado no diagrama p-V. Se no trecho b c, desse ciclo, o sistema fornece 60J de trabalho ao meio externo, então é verdade que, nesse trecho:a)o sistema recebe 60J de calor e sua energia interna diminui.b)o sistema recebe 60J de calor e sua energia interna não varia.c)o sistema rejeita 60J de calor e sua energia interna não varia.d)não há troca de calor e sua energia interna aumenta de 60J.e)não há troca de calor e sua energia interna diminui de 60J.

ΔU = Q - W

ΔU = 0 - 60

ΔU = - 60 J

Gabarito errado

25. (ITA 2002) Uma máquina térmica reversível opera entre dois reservatórios térmicos de temperaturas 100°C e 127°C, respectivamente, gerando gases aquecidos para acionar uma turbina. A eficiência dessa máquina é melhor representada pora) 68%.b) 6,8%.c) 0,68%.d) 21%.e) 2,1%.

η = 1 – TF / TQ

η = 1 – 373 / 400

η = 0,068

η = 6,8 %

η = 1 – 0,932

28. (UEL 2000) Uma central de energia utilizada por uma equipe móvel de TV desenvolve 1,8 . 107 joules de energia elétrica enquanto seu motor a gasolina consome 2,5 litros de combustível cujo poder calorífico é de 3,6 · 107 joules/litro. O rendimento da central é dea) 10%b) 20%c) 40%d) 50%e) 100% ET = 3,6.107 . 2,5

ET = 9.107 J

η = EU / ET

η = 1,8.107 / 9.107

η = 0,2

η = 20 %

29.(UEL 2003) A Usina Nuclear de Angra dos Reis - Angra II - está projetada para uma potência de 1309 MW. Apesar de sua complexidade tecnológica, é relativamente simples compreender o princípio de funcionamento de uma usina nuclear, pois ele é similar ao de uma usina térmica convencional. Sobre o assunto, considere as afirmativas apresentadas a seguir.

I.Na usina térmica, o calor gerado pela combustão do carvão, do óleo ou do gás vaporiza a água em uma caldeira. Esse vapor aciona uma turbina acoplada a um gerador e este produz eletricidade.

II.O processo de fusão nuclear utilizado em algumas usinas nucleares é semelhante ao processo da fissão nuclear. A diferença entre os dois está na elevada temperatura para fundir o átomo de Urânio-235.

III.Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do átomo do Urânio-235 por um nêutron no núcleo do reator.

IV.Na usina nuclear, o calor é produzido pela reação em cadeia da fusão do átomo do Urânio-235 com um nêutron.

São corretas apenas as afirmativas:a) I e III. b) II, III e IV. c)I, II e IV. d) II e III. e) III e IV.

V

F

V

F

33. (UFC 2003) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão n = 1 - (T2/T1), em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin. Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência n = 30%. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a:a) 40%b) 45%c) 50%d) 60%e) 65%

η = 1 – TF / TQ

0,3 = 1 – TF / TQ

η = 1 – TF / 2.TQ

η = 1 – 0,7 / 2

η = 1 – 0,35

η = 0,65TF / TQ = 0,7

η = 65 %

TF / TQ = 1 – 0,3

37.(UFSC 2005) O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas).Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal.02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%. V

F

η = 0,2. ηcar => η = 0,2.(1 – TF / TQ) => η = 0,2.(1 – 280 / 310) =>

η = 0,019 => η = 1,9 %

04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima.08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente.16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.

V

V

F

η = 0,2. ηcar => η = 0,2.(1 – TF / TQ) => η = 0,2.(1 – 280/310) =>

η = 0,019 => η = 1,9 %

Resolução do item 02

DEGRADAÇÃO DA ENERGIA

Todos os tipos de energia tendem à energia térmica.

Ex1: Soltar objeto

Ex2: Lançar corpo sobre uma superfície

A energia útil diminui à medida que o universo evolui.

Energia útil Entropia

Sentido natural: Aumento da entropia.

ENTROPIA ( S )

Variável de estado que determina o sentido natural dos processos.

Pág 15

GRAU DE DESORDEM

Em processos naturais a desordem sempre aumenta.

Desordem Entropia

Ex1: Cadeiras da sala

Ex2: Dividir a sala em temperaturas diferentes

Obs: O processo oposto ao natural não é impossível. Para que ele ocorra é necessário a realização de trabalho.


ENTROPIA ( S )


Pág 16


A entropia de um sistema isolado nunca decresce; é invariável em processos reversíveis e aumenta em processos irreversíveis.

A entropia do universo sempre aumenta.


ΔS = Q / T (isotérmicas e adiabáticas reversíveis)

ΔS - Variação de entropia ( J / k )

Q - Calor trocado ( J )

T - Temperatura ( k )

ENTROPIA ( S )


Pág 16

ΔS = Q / T (isotérmicas e adiabáticas reversíveis)

Qual o valor de ΔS numa transformação adiabática reversível?

ΔS = Q / T => ΔS = 0 / T => ΔS = 0

E numa isotérmica reversível (T=300K) que troca Q = 600 J?

Expansão: ΔS = Q / T => ΔS = 600 / 300 => ΔS = 2 J / K

Contração: ΔS = Q / T => ΔS = - 600 / 300 => ΔS = - 2 J / K

E numa transformação cíclica?

ΔS = 0, pois a Entropia é uma variável de estado.

EXEMPLOS

ENTROPIA ( S )


Pág 16

03. (Puccamp 2000) Mas, a cada vez que a energia se transforma, embora não se altere sua quantidade, reduz-se sua capacidade de produzir trabalho útil. A descoberta foi traumática: descortinava um universo privado de circularidade e de simetria, destinada à degradação e à morte. O tema refere-se ao Segundo Princípio da Termodinâmica, de onde decorre que, nos processos naturais,a)não há conservação de energia.b)há conservação da entropia.c)há aumento da entropia.d)há sempre diminuição da temperatura.e)há conservação apenas da energia interna.

35. (UFRS 2001) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem.

A entropia de um sistema termodinâmico isolado nunca .......... : se o sistema sofre uma transformação reversível, sua entropia .......... ; se o sistema sofre uma transformação irreversível, sua entropia .......... .a) aumenta - permanece constante - diminuib) aumenta - diminui - permanece constantec) diminui - aumenta - aumentad) diminui - permanece constante - aumentae) diminui - permanece constante - permanece constante

65. (UFRN 2005) Observe atentamente o processo físico representado na seqüência de figuras a seguir. Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3.

Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a ordem do sistema éa)maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui.b)maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema aumentou.c)menor que no início e, portanto, o processo representado é reversível.d)menor que no início e, portanto, o processo representado é irreversível.

LEIS DA TERMODINÂMICA

Lei zero da termodinâmica: Quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, eles estarão em equilíbrio térmico entre si.

OBS: Os sistemas tendem ao equilíbrio térmico

1ª Lei da termodinâmica: ΔU = Q - W

3ª Lei da termodinâmica: O zero kelvin é inatingível.

2ª Lei da termodinâmica

1ª Forma: Não existe uma máquina perfeita (n = 100% )

2ª Forma: Os refrigeradores não funcionam sem trabalho externo.

3ª Forma: Em processos naturais a entropia sempre aumenta.

(PUCMG) No filme “Kenoma”, uma das personagens, Lineu, é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcionar. Se esse projeto tivesse sucesso, estaria necessariamente violada a:a) Primeira Lei de Newton.b) Lei da Conservação da Energia.c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento.d) Primeira Lei de Kirchhoff.

PRINCÍPIO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA

A energia não pode ser criada nem destruída, apenas transformada.

O moto-perpétuo é impossível de ser construído. A sua existência viola o princípio da conservação da energia.

EXEMPLO 01



EXEMPLO 02




EXEMPLO 03


(PUCMG) No filme “Kenoma”, uma das personagens, Lineu, é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcionar. Se esse projeto tivesse sucesso, estaria necessariamente violada a:a) Primeira Lei de Newton.b) Lei da Conservação da Energia.c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento.d) Primeira Lei de Kirchhoff.

19. (UFRS) Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q=100J e realiza o trabalho W=70J. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gása) aumentou 170 J.b) aumentou 100 J.c) aumentou 30 J.d) diminuiu 70 J.


ΔU = Q - W

ΔU = 100 - 70

ΔU = 30 J

27. (FEI-SP) Um gás sofre uma transformação isotérmica recebendo do meio ambiente 3.000 J de calor. Sendo n = 4, o número de mols do gás, podemos afirmar que a variação de sua energia interna e o trabalho realizado na transformação valem em joules, respectivamente:

a) 0 e 3.000b) -2.000 e 0c) 2.000 e -3.000d) 4.000 e 2.000e) -3.500 e 800 ΔU = 0 Lei de Joule


ΔU = Q - W

0 = 3000 - W

W = 3000 J

30. (Vunesp-SP) Dois gases idênticos são submetidos a processos reversíveis diferentes, como mostra o gráfico. O gás n°1 segue os processos indicados pela linha cheia do gráfico e o gás n°2 pela linha tracejada. Ambos partem do ponto (p0, V0 ) e terminam no ponto no diagrama p × V. É INCORRETO afirmar que:a) 1 recebeu mais calor que 2b) 2 realizou menos trabalho que 1c) a energia interna no ponto inicial é a mesma para os doisd) a energia interna de 1 é maior que a energia interna de 2 no ponto finale) 2 cedeu calor no primeiro trecho

V

V

V

V

ΔU = Q – W = constante

EXPANSÃO LIVRE

Processo adiabático no qual não ocorre a realização de trabalho pois o sistema evolui contra nenhuma resistência.


ΔU = Q – W => ΔU = 0 - 0 => ΔU = 0

Na expansão livre P, V e T variam de forma desconhecida. No diagrama PxV é representado apenas os pontos inicial e final.

Os estados inicial e final possuem a mesma temperatura.

20. (FGV) É dado um sistema S ideal constituído por:I. um cilindro;II. um pistão; eIII. uma massa invariável de gás, aprisionado pelo pistão no cilindro. Admita positiva toda energia fornecida a S e negativa a que é fornecida por S. Considere Q e T, respectivamente, calor e trabalho trocados por S. Nessas condições é correto que, para S, qualquer que seja a transformaçãoa) isométrica, Q e T são nulos.b) a soma T+ Q é igual a zero.c) adiabática Q = 0 e T pode ser nulo.d) isobárica, T+ Q=0.

T = 0

F

T ≠ Q

QUESTÕES TECHNO

22. (UFC) Um sistema gasoso, originalmente no estado termodinâmico a, é levado para o estado b, através de dois processos distintos, 1 e 2, mostrados na figura. No processo 1, o sistema realiza um trabalho, W1, de 300 joules, e absorve uma qualidade de calor, Q1, de 800 joules.a) Se no processo 2 o trabalho W2, realizado, é de 100 joules, quanto calor, Q2, é absorvido pelo sistema neste processo?b) Quando o sistema é trazido de volta ao estado original a, através do processo 3 (ver figura), o trabalho W3, de 200 joules é realizado sobre o sistema. Que quantidade de calor, Q3, é envolvida nesse processo?c) O calor mencionado no item b é liberado ou absorvido pelo sistema?

22. (UFC) Um sistema gasoso, originalmente no estado termodinâmico a, é levado para o estado b, através de dois processos distintos, 1 e 2, mostrados na figura. No processo 1, o sistema realiza um trabalho, W1, de 300 joules, e absorve uma qualidade de calor, Q1, de 800 joules.a) Se no processo 2 o trabalho W2, realizado, é de 100 joules, quanto calor, Q2, é absorvido pelo sistema neste processo?

a) Como a energia interna é uma variável de estado e os pontos inicial e final dos processos 1 e 2 são iguais, ΔU1 = ΔU2. Usando-se a 1ª lei da termodinâmica:

ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU1 = 800 – 300 => ΔU1 = 500 J

ΔU2 = Q2 – W2 => 500 = Q2 – 100 =>

Q2 = 600 J


ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU1 = 800 – 300 => ΔU1 = 500 J

ΔU2 = Q2 – W2 => 500 = Q2 – 100 => Q2 = 600 J

b) Quando o sistema é trazido de volta ao estado original a, através do processo 3 (ver figura), o trabalho W3, de 200 joules é realizado sobre o sistema. Que quantidade de calor, Q3, é envolvida nesse processo?

b) Como os processos 1 e 3 ocorrem entre os mesmos pontos mas com sentidos opostos, ΔU1 = - ΔU3. Da 1ª lei da termodinâmica:

ΔU3 = Q3 – W3 => - 500 = Q3 – (-200) =>

Q3 = - 700 J


ΔU1 = Q1 – W1 => ΔU1 = 800 – 300 => ΔU1 = 500 J

ΔU2 = Q2 – W2 => 500 = Q2 – 100 => Q2 = 600 J

b) Como os processos 1 e 3 ocorrem entre os mesmos pontos mas com sentidos opostos, ΔU1 = - ΔU3. Da 1ª lei da termodinâmica:

ΔU3 = Q3 – W3 => - 500 = Q3 – (-200) => Q3 = - 700 J

c) O calor mencionado no item b é liberado ou absorvido pelo sistema?

c) O calor no processo 3 ( Q3 = - 700 J ) é liberado pois seu valor é negativo.

23. (UFRJ) Um gás ideal realiza o ciclo termodinâmico constituído por duas isotermas, AB e CD, e duas isóbaras, BC e DA, ilustradas na figura abaixo. As temperaturas correspondentes às isotermas AB e CD valem 300K e 500K, respectivamente.a) Indique se o módulo Qa do calor absorvido na transformação BC é maior, igual ou menor do que o módulo Qc do calor cedido na transformação DA. Justifique a sua resposta.b) Calcule a variação da energia interna nesse ciclo.

a) A partir da lei de Joule pode-se dizer que as variações de energia interna em BC e DA são iguais em módulo.

Usando-se a 1ª lei da termodinâmica ( ΔU = Q – W ) observa-se que naquele processo que há maior troca calor há maior trabalho. Assim, Qa > Qc.

b) Como a energia interna é uma variável de estado a sua variação no ciclo é nula.

24. (UFRJ) Um gás ideal é comprimido lenta e linearmente a partir do volume inicial V0, e pressão P0, até o volume final V0/2, conforme ilustrado no gráfico. Sabendo que a temperatura final é igual à temperatura inicial, determine em função dos dados do problema:a) a pressão final do gás;b) o calor trocado pelo gás durante o processo.

a) Como o gás é ideal e a temperatura inicial é igual a final, pode-se usar:

P0.V0 = P.V => P0.V0 = P.V0/2 =>

P = 2.P0

b) Sabendo-se que a área no diagrama PxV é o trabalho e ΔU = 0 (lei de Joule), aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica:

ΔU = Q – W => Q = W => Q = (2.P0 + P0).V0 / 2.2 =>

Q = 3.P0.V0 / 4

26. (UFRJ) A figura representa, num diagrama p-V, uma expansão de um gás ideal entre dois estados de equilíbrio termodinâmico, A e B. A quantidade de calor cedida ao gás durante esta expansão foi 5,0 × 10³ J. Calcule a variação de energia interna do gás nessa expansão.

O calor recebido pelo gás é positivo e o trabalho realizado na expansão isobárica é dado por P.ΔV. Aplicando-se a 1ª lei da termodinâmica:

ΔU = Q - W

ΔU = Q – P.ΔV

ΔU = 5,0.103 – 1,0.105.2,0.10-2

ΔU = 5,0.103 – 2,0.103

ΔU = 3,0.103 J

(UFRN 2008) A Figura 1, ao lado, representa o martelo de massa M, de um bate-estaca, suspenso por um cabo a uma altura h, em relação à superfície superior do êmbolo de umpistão. Em determinado instante, o cabo é cortado, e omartelo cai livremente sobre o pistão. Com o impacto, oêmbolo do pistão comprime adiabaticamente 2 moles deum gás ideal contidos no interior do pistão, conformeFigura 2, também ao lado.Dados: ΔU = Q – W e ΔU = (3/2)n.R.ΔTMassa do martelo = 5,0 kgAltura do martelo = 6,0 mR = 8 J / mol . K

A) descreva as transformações de energia que ocorreram no sistema, considerando a evolução deste, desde o momento em que o martelo é solto até o instante em que o êmbolo atinge a sua posição final de equilíbrio;

Inicialmente a energia potencial gravitacional do sistema (martelo+Terra) se transforma em energia cinética do martelo até o instante em que este toca a superfície do êmbolo;

No instante em que toca a superfície do êmbolo, parte da energia cinética é transformada em outras formas de energia (sonora, térmica do êmbolo, etc.) e a energia restante é transformada em energia interna do gás.

B) calcule a variação de temperatura, ΔT, do gás, supondo que, no instante em que o martelo atinge o êmbolo, 80% da energia deste é usada para comprimir o gás.

A energia cinética disponível no instante anterior ao início da compressão é igual à energia potencial gravitacional do sistema (martelo+Terra), isto é,

Considerando-se que apenas 80% dessa energia é utilizada para comprimir o gás, ou seja, é transformada em energia interna do gás, então:

EC = EPG => EC = m.g.h => EC = 5.10.6 => EC = 300 J

ΔU = (3/2).n.R.ΔT => 0,8.300 = (3/2).2.8.ΔT => ΔT = 10 K

QUESTÕES DA UFRN

TERMODINÂMICA

Cap 01; 02 ; 03 e 04 (módulo I)

Cap 01 (módulo II)

UFRN 2008 - Considere que certa quantidade de gás decozinha foi queimada, cedendo calor para uma panela que continha água, feijão e batatas.Considere, ainda, que, durante o processo de fervura, o conteúdo da panela permaneceu em equilíbrio térmico, por vários minutos.Nessas condições, pode-se afirmar que, durante o equilíbrio térmico, a água, o feijão e as batatasA) mantiveram a mesma energia interna.B) receberam a mesma quantidade de calor.C) mantiveram a mesma temperatura.D) receberam o mesmo calor específico.

UFRN 2008 - O efeito estufa, processo natural de aquecimento da atmosfera, é essencial para a existência de vida na Terra. Em tal processo, uma parcela da radiação solar refletida e da radiação térmica emitida pela superfície terrestre interage com determinados gases presentes na atmosfera, aquecendo-a.O principal mecanismo físico responsável pelo aquecimento da atmosfera devido à ação do efeito estufa resulta da:A) absorção, por certos gases da atmosfera, departe da radiação ultravioleta recebida pela Terra.B) reflexão, por certos gases da atmosfera, da radiação visível emitida pela Terra.C) absorção, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação infravermelha proveniente da superfície da Terra.D) reflexão, por certos gases da atmosfera, de parte da radiação de microondas recebida pela Terra.

UFRN 2007 - Um cliente assíduo de uma cafeteria só gosta de tomar café frio. Por isso, sempre que lhe servem uma xícara de café quente, para apressar o processo de resfriamento, ele sopra a superfície do líquido até diminuir a temperatura.Baseado no modelo cinético molecular, ele consegue esfriar o café porque, ao soprá-lo,A) diminui o calor específico do líquido.B) aumenta o processo de condensação do líquido.C) diminui o calor latente do líquido.D) aumenta o processo de evaporação do líquido.

UFRN 2006 - Diariamente, Dona Leopoldina coloca uma lata de refrigerante, cuja temperatura é de 30o C, numa caixa térmica contendo gelo e, após esperar algumas horas, bebe o refrigerante a uma temperatura de aproximadamente 5o C.Nesse caso, é correto afirmar que a diminuição da temperatura do refrigerante se explica porque, no interior da caixa térmica, a lata de refrigeranteA) cede calor para o gelo, e este cede calor para ela, porém numa quantidade menor que a recebida.B) recebe frio do gelo, para o qual cede calor, porém numa quantidade menor que o frio recebido.C) cede calor para o gelo, e este cede calor para ela, porém numa quantidade maior que a recebida.D) recebe frio do gelo, para o qual cede calor, porém numa quantidade maior que o frio recebido.

UFRN 2006 - Paulo e Benedito perceberam que um dos pneus do carro estava muito baixo. Ao calibrarem esse pneu em um posto de gasolina, verificaram que sua pressão inicial era de 15 libras por polegada quadrada (lb/pol2). Portanto, eles precisaram elevar a pressão do pneu até 30 lb/pol2, valor recomendado no manual do veículo.Considere que, durante o processo de calibração, a temperatura do pneu permaneceu constante enquanto o volume deste e o número de moléculas que compõem o ar no seu interior aumentaram.Dessas informações, é correto concluir que, durante o processo de calibração, a energia cinética média das moléculas do ar no pneuA) diminuiu, e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu, por unidade de área, permaneceu constante.B) permaneceu constante, e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu, por unidade de área, diminuiu.C) aumentou, e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu, por unidade de área, permaneceu constante.D) permaneceu constante, e o número de colisões dessas moléculas com a superfície interna do pneu, por unidade de área, aumentou.ECM = (3/2).k.T P N0 de choques

UFRN 2006 - Cotidianamente são usados recipientes de barro (potes, quartinhas, filtros etc.) para esfriar um pouco a água neles contida.Considere um sistema constituído por uma quartinha cheia d´água. Parte da água que chega à superfície externa da quartinha, através de seus poros, evapora, retirando calor do barro e da água que o permeia. Isso implica que também a temperatura da água que está em seu interior diminui nesse processo.Tal processo se explica porque, na água que evapora, são as moléculas de águaA) com menor energia cinética média que escapam do líquido, aumentando, assim, a energia cinética média desse sistema.B) que, ao escaparem do líquido, aumentam a pressão atmosférica, diminuindo, assim, a pressão no interior da quartinha.C) com maior energia cinética média que escapam do líquido, diminuindo, assim, a energia cinética média desse sistema.D) que, ao escaparem do líquido, diminuem a pressão atmosférica, aumentando, assim, a pressão no interior da quartinha.

UFRN 2004 - Num dia muito ensolarado, Luciana se questionou sobre como o aquecimento interno de um carro é alterado quando seus vidros são revestidos por películas. Ela sabe que, ao estacionar o carro sob o sol, com todas as janelas fechadas, por alguns minutos, o aquecimento no interior do veículo se dá predominantemente por irradiação e condução. Nessa mesma situação, se os vidros do carro estiverem revestidos por películas, a intensidade da radiação em seu interior será menor, causando um menor aquecimento. Para que o aquecimento interno do automóvel seja mínimo, deve-se usar uma película que faça a radiação solar incidente sobre ele ser maximamenteA) difratada.B) refratada.C) absorvida.D) refletida.

UFRN 2004 - Letícia pesquisa, num instituto de oceanografia, o comportamento de uma espécie de molusco que vive no mar em torno do arquipélago de Fernando de Noronha.Freqüentemente, ela mergulha para observar os espécimes e recolher amostras.Nessa ilha, à medida que adentramos no mar, a profundidade aumenta muito rapidamente. Por isso, para realizar um de seus mergulhos, a pesquisadora inspira profundamente e desce vários metros em apnéia (respiração presa). A pressão sobre seu corpo aumenta linearmente com a profundidade e sua temperatura interna permanece constante. À medida que Letícia atinge maiores profundidades, o volume e a pressão do ar em seus pulmões ficam, respectivamente,A) menor e constante.B) constante e constante.C) menor e maior.D) constante e maior.

P.V = constante

UFRN 2003 - Na cidade de Alto do Rodrigues, está sendo construída a TermoAçu, primeira usina termelétrica do estado com capacidade para produzir até 70% da energia elétrica total consumida no Rio Grande do Norte. O princípio básico de funcionamento dessa usina é a combustão de gás natural para aquecer água que, uma vez aquecida, se transformará em vapor e, finalmente, será utilizada para mover as pás giratórias de uma turbina. A produção da energia elétrica será feita acoplando-se ao eixo da turbina algumas bobinas imersas em um campo magnético.Considere que, em cada ciclo dessa máquina termelétrica real, se tenha:Q: o calor produzido na combustão do gás;W: a energia mecânica nas turbinas obtida a partir da alta pressão do vapor acionando as pás giratórias;E: a energia elétrica produzida e disponibilizada aos consumidores.Para a situação descrita, é correto afirmar:A) Q = W = E B) Q > W > E C) Q = W > E D) Q < W < E

93559863--Termodinamica

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