Geociкncias
LISTA DE EXERCНCIOS – TERMODINВMICA 201 0. 1 1) O pкndulo de um relуgio feito de invar (a = 0,7 10-6 / o C) tem perнodo de 0,50 se й exato a 20 oc. Se levarmos o relуgio para um local а temperatura de 30 oc, qual a correзгo necessбria aproximada do relуgio, apуs 30 dias? Resp: 9 s. 2) Num termфmetro de mercъrio, acopla-se um tubo capilar de vidro a um reservatуrio numa extremidade do tubo. A uma dada temperatura TO, o mercъrio estб todo contido no reservatуrio de volume VO.
Sendo VO=0. 2 cm3, qual deve ser o diвmetro do S to n ext capilar em mm para quando a temperatu oc para o vidro e x Swipetoviewn ‘t p m 3) Em temperatu metal pode ser expre o suba de Icm sidere a=9x 10-6 / rcъrio. Resp: 0,062 r especнfico de um caso do cobre, a = 0,0108 J/kg. K2 e b = 7,62. 10-4J/kg. K4. (A) Qual й o calor especнfico do cobre a 4 K? (B) Qual o calor necessбrio para aquecer 1 kg do metal de 1 a 3 K? Resp: 0,0920 J/kg.
K e 0,0584 J 4) Considere um fluido escoando estacionariamente atravйs de um calorнmetro, com vazгo mбssica Vm consta constante. Penetrando а temperatura Ti, o fluido passa por um aquecedor elйtrico de potкncia p constante emergindo a uma temperatura Tf. Encontre uma expressгo para medir o calor specifico de um fluido. Resp: c = P l’ [Vm. ( f-Ti)] 5) Num dia de inverno de uma cidade no hemisfйrio norte, a temperatura externa й de —20 OF e a temperatura interna de uma casa й de 72 OF.
Supondo que a conduзгo de calor seja o ъnico mecanismo importante para a perda de calor e que as condutividades do vidro e do ar sejam respectivamente 1 -O W/m K e 0,026 W/m K, ache a taxa de perda de calor por unidade de бrea (em W/m2): a) Atravйs de uma janela de 3,0 mm de espessura. Resp: 1 ,70 x 104 W/m2 b) No caso de uma janela dupla, instalada com vidros de mesma espessura, mas com uma camada de ar de 7,5 cm de spessura entre os vidros. Resp: 17,7 W/m2 6) Seja um aparato constituнdo de uma mistura de 500 g de бgua e 1 00 g de gelo em equilнbrio a OOC, no qual colocamos 200g de vapor de бgua a 1000C. ) Encontre a temperatura final da mistura, sabendo-se que o calor especнfico da бgua, o calor de vaporizaзгo da бgua e o calor de fusгo do gelo valem, respectivamente, 1 cal/g oc, 540 calig e 80 cal,g. Resp: loooc ; b) Qual й a massa valem, respectivamente, 1 cal/g oc, 540 cal/g e 80 cal/g. Resp: 1000C ; b) Qual й a massa de бgua e de vapor d’бgua no estado final? Resp: 725. 9 ge 74. 1 g ) Um fluido homogкneo pode passar de um estado inicial i a um estado final f no plano (P,V) atravйs de dois caminhos diferentes, representados por iaf e ibf a f no diagrama ao lado.
A diferenзa de energia interna entre os estados inicial e final й Uf – Ui = 50]. O trabalho realizado pelo sistema na passagem de i para b й de 100]. O trabalho realizado pelo sistema quando descreve o ciclo (iafbi) й de 200J. A partir destes dados, determine, em magnitude e Sinal: b i a) a quantidade de calor Q associado ao caminho ibf Resp: 1 50 J b) o trabalho associado ao caminho af Resp: 300 J O c) a quantidade de calor Q associada ao caminho iaf.
Resp: 350 J d) se o sistema regressa do estado final ao estado inicial segundo a diagonal fci do retвngulo, o trabalho W e a quantidade de calor Q associados a este caminho. Resp: -200 J e -250] 8) Sob as condiзхes de 1 atm e 270C, 1 litro de Hidrogкnio й comprimido isotermicamente atй ficar com 0,5 litro Depois й resfriado, a volume constante, atй voltar а pressгo inicial. Atravйs de uma expansгo isobбrica o 3 resfriado, a volume constante, atй voltar а pressгo inicial. Atravйs de uma expansгo isobбrica o sistema retorna ao ponto de partida, realizando um ciclo .
Pede-se: a) a representaзгo do rocesso em um diagrama PV, indicando P(atm), V(litro) e T(K) para cada vйrtice. b) o cбlculo do trabalho total realizado; c) o cбlculo das variaзхes da energia interna e da quantidade de calor em cada etapa. Resp: a) latm, TA=300 Ke VAZI l; pB=2 atm, TB=300K e ‘„’3=0. 5 1; pc=l atm , TC=150 K e VC=O. 5 1; b) Wtotal – 19. 19 J ; c) AUAB=O e Q=-69. 69 J; J; OUCA-126. 25 J e Q=176. 75 9) Uma molйcula de Hidrogкnio escapa de um forno a T 4000K com velocidade quadrбtica mйdia.
Qual й a velocidade da molйcula de Hidrogкnio? Resp: 7. 03 x 103 m/s 10) Sabe-se que o mecanismo de propagaзгo do som й adiabбtico. Se considerбssemos o ar como um gбs ideal diatфmico e sendo a densidade do ar 1. 29 Kg/m3, mostre que velocidade do som no ara 1 atm e OOC vale 332 m/s. P(bar) 1 1) Um mol de um gбs ideal diatфmico (y = 7/5) descreve o ciclo ABCDA , onde p й medido em bar e V em l. a) Calcule as temperaturas nos vйrtices. Resp: TA=240. 6 K ; 481 K; TC=722K; TD=361 K; b) Ache o rendimento de um 4 nos vйrtices. Resp: TA=240. K ; 481 K; TC=722K; TD=361 K,’ b) Ache o rendimento de um motor tйrmico operando segundo este ciclo. Resp: 8. 3%; c) Compare o resultado (b) com o rendimento ideal associada аs temperaturas extremas do ciclo. Res: 66. 7% 2 c D V(litros) 12) Calcule o rendimento do ciclo Otto, que esquematiza idealmente o que ocorre num motor de 4 tempos a gasolina. Expresse seu resultado em termos da taxa de compressгo adiabбtica rC, que й a razгo entre os volumes mбximo (VO) e mнnimo (VI) que o vapor P de combustнvel й submetido na compressгo adiabбtica.
Assumindo o agente como um gбs ideal diatфmico, calcule o rendimento para rC = 10. 20 30 Ciclo Otto adiabбticas (1 T -TA = 1-1 -TBIC S razгo entre o volume mбximo (VO) e o intermediбrio (V2) na expansгo adiabбtica. Assumindo o agente como um gбs ideal iatфmico , faзa rC 15, re 5 e calcule o rendimento. Resp: n = 1 – 1 (TD-TAII YITC-TBIIJ II -Ilrellrc- ; n = 0,558 1-1 Irl rleJlc 14) O coeficiente de desempenho K de um refrigerador й a razгo entre a quantidade de calor removida da fonte fria e o trabalho fornecido pelo compressor. ) Para um refrigerador de Carnot, exprima Kc em funзгo das temperaturas TI e T2 das fontes quente e fria respectivamente. Resp: b) Exprima Kc em funзгo do rendimento nc do ciclo de Carnot obtido operando o refrigerador em sentido inverso. Resp: 15) Um refrigerador deve conservar sua temperatura interna em O OC enquanto a temperatura externa й de 25 OC. Supondo que, a cada dia, penetre nele 1 08 J de calar e que seu coeficiente de desempenho Seia 30 % m um refrigerador ideal de operar o refrigerador.
Resp: W = 1,31 x 107 J; P = 151,4 W b) O custo mensal supondo que seja cobrado R$ 0,24 por quilowatt hora. Resp: R$ 26,16 16) Considere cada uma das seguintes expansхes de n moles de um gбs ideal de um volume Vi a um volume Vf: Expansгo Isotйrmica reversiVel; II- Expansгo Livre a) Determine a variaзгo de entropia do sistema nos dois processos. Resp: In (VfNi) b) Determine a variaзгo de entropia do universo para os dois processos comparando-os. Resp: ASunivI=O e OSunlvll= nR In (VffVi) 17) Um cubo de gelo de 10 g a -10 oc й colocado em um lago cuja temperatura й de 15 oc.
Calcule a variaзгo de entropia do sistema (cubo de gelo) quando entra em equilнbrio com o reservatуrio (Iago), sendo o calor especнfico da Resp: 3,65 cal/K бgua e do gelo, respectivamente, 1 cal/g oc e 0,5 cal/g oc e o calor latente de fusгo 80 cal/g. 18) Uma chaleira contйm 1 litro de бgua em ebuliзгo. Despeja-se toda a бgua numa piscina que estб ? temperatura ambiente de 200C. De quanto variou: a) a entropia da бgua da chaleira? Resp: -241 cal/K; b) a entropia do universo? Resp: b) 31. 6 cal/K.