1

Lista de Exercícios Propostos

Unidade - 03

Termodinâmica

Trabalho e calor

Aluno: ________________________________

Primeiro Semestre 2015_1

2

1) Um cilindro com um êmbolo móvel contem 2,5kg de água, no estado inicial de liquido saturado na

pressão de 10,0kgf/cm2. Este sistema é aquecido à pressão constante até que a temperatura do

vapor atinja 260c. Calcular o trabalho realizado pelo vapor durante o processo.

Solução:

3

2) 50 gramas de oxigênio estão contidas em um cilindro equipado com um embolo. As condições

iniciais são 1,5kgf/cm2 e 20c. Adiciona-se, então, pesos ao embolo e o oxigênio é comprimido

lenta e isotermicamente, até que a pressão final seja de 4,5kgf/cm2. Calcular o trabalho realizado

durante este processo. Dado: Roxigênio=26,50kgf.m/kg.K

Solução:

4

3) Um balão, inicialmente vazio é inflado com ar de uma garrafa de ar comprimido. O volume final

do balão é de 2,5m3. A pressão da garrafa de ar comprimido é de 1,0kgf/cm2. Considerando a

garrafa de ar comprimido, o balão e a canalização entre ambos como sistemas determinar o

trabalho realizado no processo.

Solução:

5

4) Considere o sistema mostrado na figura abaixo. O volume inicial dentro do cilindro é de 0,03m3.

Neste estado a pressão é de 1,1kgf/cm2, suficiente para contrabalançar a pressão atmosférica

externa e o peso do embolo. A mola toca o embolo mas não exerce nenhuma força sobre o mesmo

nesse estado. O ar é então aquecido até que seu volume seja o dobro do inicial. A pressão final do

ar é de 3,5kgf/cm2 e durante o processo, a força da mola é proporcional ao deslocamento do

embolo a partir da posição inicial.

Mostrar o processo no diagrama P-V

Considerando o ar interno como sistema, calcular o trabalho realizado

Solução:

6

5) Um cilindro com êmbolo móvel, como mostrado na figura abaixo contém 3kg d’água no estado de

vapor saturado com título igual a 15% e pressão de 2,0kgf/cm2. Esse sistema é aquecido à pressão

constante até se obter o título igual a 85 %.

Pede-se:

Representar o processo em um diagrama T-v

Calcular o trabalho realizado pelo vapor durante o processo.

Solução:

7

6) Um cilindro com êmbolo móvel, como mostrado na figura abaixo, contém 5kg d’água no estado

de vapor saturado com título igual a 20 % e pressão de 5,0kgf/cm2. Esse sistema é aquecido à

pressão constante até se obter a temperatura de 200c.

Pede-se:

Representar o processo em um diagrama T-v

Determinar o trabalho realizado pelo sistema

Solução:

8

7) O arranjo cilindro-êmbolo mostrado na figura abaixo contém dióxido de carbono na pressão de

5,0kgf/cm2, temperatura de 150c e volume de 0,1m3. Os pesos são então removidos a uma

velocidade tal que o gás se expande segundo a relação PV1,2 = constante, até que a temperatura

final atinja 100c, Determinar o trabalho realizado durante o processo.

Dado: Roxigênio=19,27kgf.m/kg.K

Solução:

9

8) Considere como sistema o gás contido no cilindro mostrado na figura abaixo, provido de um

êmbolo sobre o qual são colocados vários pesos pequenos. A pressão inicial é de 200kPa e o

volume inicial do gás é de 0,04m3. Coloquemos um bico de Bunsen embaixo do cilindro e

deixemos que o volume do gás aumente para 0,1m3, enquanto a pressão permanece constante.

Calcular o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo.

Solução:

10

9) Consideremos o mesmo sistema do exercício 8 e as mesmas condições iniciais e finais, porém, ao

mesmo tempo em que o bico de Bunsen está sob o cilindro e o êmbolo se levanta, removamos os

pesos deste, de tal maneira que durante o processo a temperatura se mantém constante. Calcular o

trabalho realizado pelo sistema durante esse processo.

Solução:

11

10) Consideremos o mesmo sistema do exercício 8, porém, durante a troca de calor removamos os

pesos de tal maneira que a expressão PV1,3 = constante descreva a relação entre a pressão e o

volume durante o processo. Novamente o volume final é 0,1 m3. Calcular o trabalho.

Solução:

12

11) (Concurso PETROBRAS – 2011) - O ar contido em um conjunto cilindro-pistão é submetido ao

processo ilustrado no gráfico acima. Durante esse processo, ocorre, inicialmente, uma expansão de

0,1 m3 a 0,2 m3 a pressão constante de 140 kPa, seguida de uma expansão até 0,4 m3, desta vez,

com a pressão variando linearmente com o volume, até 280 kPa. O trabalho total associado ao

processo, em kJ, corresponde a:

(A) 28

(B) 42

(C) 56

(D) 210

(E) 420

Solução: