APOSTILA 2 MDULO 2 Termodinmica e suas Leis

APOSTILA 2: MÓDULO 2 Termodinâmica e suas Leis. SITE: WWW. ISRAELAVEIRO. COM

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. RESOLUÇÃO PELO ALUNO: enviar pelo e-mail: aveiros@gmail. com

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; RESOLUÇÃO: a) Verdadeiro – Basta calcularmos o trabalho com a expressão: De forma que:

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; RESOLUÇÃO: a) Verdadeiro – Basta calcularmos o trabalho com a expressão: De forma que: b) Verdadeiro – Para calcular a variação da energia interna, utilizamos a relação: Dessa forma, temos que:

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: RESOLUÇÃO: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) Verdadeiro – Basta calcularmos o trabalho com a expressão: De forma que: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; c) Falso – Para calcular a quantidade de calor envolvida no processo, basta utilizar a 1ª Lei da Termodinâmica: Sendo assim, temos que: b) Verdadeiro – Para calcular a variação da energia interna, utilizamos a relação: Dessa forma, temos que: Como calculamos a quantidade de calor como uma quantidade negativa, podemos dizer que o gás está cedendo calor para o meio externo.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: RESOLUÇÃO: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) Verdadeiro – Basta calcularmos o trabalho com a expressão: De forma que: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; c) Falso – Para calcular a quantidade de calor envolvida no processo, basta utilizar a 1ª Lei da Termodinâmica: Sendo assim, temos que: b) Verdadeiro – Para calcular a variação da energia interna, utilizamos a relação: Dessa forma, temos que: Como calculamos a quantidade de calor como uma quantidade negativa, podemos dizer que o gás está cedendo calor para o meio externo. d) Verdadeiro – A quantidade de calor cedida pelo gás é de -250 J.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; RESOLUÇÃO: a) Verdadeiro – Basta calcularmos o trabalho com a expressão: De forma que: b) Verdadeiro – Para calcular a variação da energia interna, utilizamos a relação: Dessa forma, temos que: c) Falso – Para calcular a quantidade de calor envolvida no processo, basta utilizar a 1ª Lei da Termodinâmica: Sendo assim, temos que: Como calculamos a quantidade de calor como uma quantidade negativa, podemos dizer que o gás está cedendo calor para o meio externo. d) Verdadeiro – A quantidade de calor cedida pelo gás é de -250 J. e) Verdadeiro – A quantidade de calor e a variação de temperatura são grandezas diretamente proporcionais, ou seja, uma quantidade de calor positiva causa uma variação de temperatura positiva e vice-versa.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 11. O diagrama abaixo representa um ciclo realizado por um sistema termodinâmico constituído por n mols de um gás ideal. Sabendo-se que em cada segundo o sistema realiza 40 ciclos iguais a este, é correto afirmar que a(o): A) potência desse sistema é de 1600 W. B) trabalho realizado em cada ciclo é – 40 J. C) quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente em cada ciclo é nula. D) temperatura do gás é menor no ponto C. RESOLUÇÃO:

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 11. O diagrama abaixo representa um ciclo realizado por um sistema termodinâmico constituído por n mols de um gás ideal. RESOLUÇÃO: Se calcularmos a área da figura retangular, tem a mesma equivalência do trabalho ( τ ) realizado pelo ciclo. Área = ( τ ) = b. h Sendo 1 Litro = 10 -3 m 3 Sabendo-se que em cada segundo o sistema realiza 40 ciclos iguais a este, é correto afirmar que a(o): A) potência desse sistema é de 1600 W. B) trabalho realizado em cada ciclo é – 40 J. C) quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente em cada ciclo é nula. D) temperatura do gás é menor no ponto C.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 11. O diagrama abaixo representa um ciclo realizado por um sistema termodinâmico constituído por n mols de um gás ideal. RESOLUÇÃO: Se calcularmos a área da figura retangular, tem a mesma equivalência do trabalho ( τ ) realizado pelo ciclo. Área = ( τ ) = b. h Sendo 1 Litro = 10 -3 m 3 Sabendo-se que em cada segundo o sistema realiza 40 ciclos iguais a este, é correto afirmar que a(o): A) potência desse sistema é de 1600 W. B) trabalho realizado em cada ciclo é – 40 J. C) quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente em cada ciclo é nula. D) temperatura do gás é menor no ponto C. τ τ τ τ = (0, 6. 10 -3 – 0, 2. 10 -3). ( 2. 105 – 1. 105 ) = (0, 4. 10 -3). ( 1. 105 ) = 0, 4. 10 – 3 + 5 = 0, 4. 102 = 40 J logo o trabalho total ( τ ) em 40 ciclos. = 40. (40) = 1600 J

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 11. O diagrama abaixo representa um ciclo realizado por um sistema termodinâmico constituído por n mols de um gás ideal. RESOLUÇÃO: Se calcularmos a área da figura retangular, tem a mesma equivalência do trabalho ( τ ) realizado pelo ciclo. Área = ( τ ) = b. h Sendo 1 Litro = 10 -3 m 3 Sabendo-se que em cada segundo o sistema realiza 40 ciclos iguais a este, é correto afirmar que a(o): A) potência desse sistema é de 1600 W. B) trabalho realizado em cada ciclo é – 40 J. C) quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente em cada ciclo é nula. D) temperatura do gás é menor no ponto C. τ τ τ τ = (0, 6. 10 -3 – 0, 2. 10 -3). ( 2. 105 – 1. 105 ) = (0, 4. 10 -3). ( 1. 105 ) = 0, 4. 10 – 3 + 5 = 0, 4. 102 = 40 J logo o trabalho total ( τ ) em 40 ciclos. = 40. (40) = 1600 J Calculando a potência do sistema: P = τ /Δt P = 1600 / 1 P = 1600 W

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 12. Durante uma conversa com seus alunos sobre dieta, metabolismo e gasto calórico, uma professora de Biologia escuta o seguinte comentário: 13. A segunda lei da Termodinâmica pode ser encarada como um princípio de degradação da energia, porque: “Professora, não adianta tentar emagrecer, pois, mesmo sem ingerir qualquer alimento e fazer exercício físico, eu continuo engordando!” a) é impossível converter totalmente calor em outra forma de energia. b) o calor não pode passar espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais baixa que o primeiro. c) para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma fonte fria e ceder parte dele a uma fonte quente. d) é possível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo em uma quantidade equivalente de trabalho. e) a Termodinâmica independe de qualquer teoria atômicomolecular. Compreendendo o “ingerir alimento” como único recebimento de energia, pode-se concluir que tal afirmação contraria qual das leis a seguir? A) Primeira Lei de Newton B) Lei de Stevin C) Primeira Lei da Termodinâmica D) Lei de Coulomb

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 12. Durante uma conversa com seus alunos sobre dieta, metabolismo e gasto calórico, uma professora de Biologia escuta o seguinte comentário: 13. A segunda lei da Termodinâmica pode ser encarada como um princípio de degradação da energia, porque: “Professora, não adianta tentar emagrecer, pois, mesmo sem ingerir qualquer alimento e fazer exercício físico, eu continuo engordando!” a) é impossível converter totalmente calor em outra forma de energia. b) o calor não pode passar espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais baixa que o primeiro. c) para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma fonte fria e ceder parte dele a uma fonte quente. d) é possível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo em uma quantidade equivalente de trabalho. e) a Termodinâmica independe de qualquer teoria atômicomolecular. Compreendendo o “ingerir alimento” como único recebimento de energia, pode-se concluir que tal afirmação contraria qual das leis a seguir? A) Primeira Lei de Newton B) Lei de Stevin C) Primeira Lei da Termodinâmica D) Lei de Coulomb

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 12. Durante uma conversa com seus alunos sobre dieta, metabolismo e gasto calórico, uma professora de Biologia escuta o seguinte comentário: 13. A segunda lei da Termodinâmica pode ser encarada como um princípio de degradação da energia, porque: “Professora, não adianta tentar emagrecer, pois, mesmo sem ingerir qualquer alimento e fazer exercício físico, eu continuo engordando!” a) é impossível converter totalmente calor em outra forma de energia. b) o calor não pode passar espontaneamente de um corpo para outro de temperatura mais baixa que o primeiro. c) para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma fonte fria e ceder parte dele a uma fonte quente. d) é possível construir uma máquina, operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo em uma quantidade equivalente de trabalho. e) a Termodinâmica independe de qualquer teoria atômicomolecular. Compreendendo o “ingerir alimento” como único recebimento de energia, pode-se concluir que tal afirmação contraria qual das leis a seguir? A) Primeira Lei de Newton B) Lei de Stevin C) Primeira Lei da Termodinâmica D) Lei de Coulomb

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 14. O estudo do calor e de suas transformações em energia mecânica é chamado de termodinâmica, que significa “movimento do calor”. A ciência da termodinâmica foi desenvolvida no início do século XIX, antes que a teoria atômica e molecular da matéria fosse compreendida. P. Hewitt. Física Conceitual. 9. ª edição (com adaptações). A respeito da termodinâmica, assinale a alternativa correta. a) O fundamento da termodinâmica é o fato de o calor fluir espontaneamente de um ambiente frio para um ambiente quente, e não no sentido inverso. b) A termodinâmica fornece a teoria básica das máquinas térmicas, de turbinas a vapor até reatores nucleares, e a teoria básica de refrigeradores e bombas de calor. c) A lei zero da termodinâmica afirma que, se dois objetos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro objeto, eles não estarão em equilíbrio térmico um com o outro. d) Na primeira lei da termodinâmica, a energia interna de um sistema tende a diminuir se se acrescentar energia na forma de calor e a aumentar se se remover energia na forma de trabalho realizado pelo sistema. e) Em máquina térmica ideal, todos os processos térmicos são irreversíveis. 15. Com relação aos conceitos e às leis da Termodinâmica, assinale V para a afirmativa verdadeira e F para a falsa. ( ) Todo processo em que um gás parte de um estado de equilíbrio termodinâmico e a ele retorna é, necessariamente, reversível. ( ) A variação da entropia de um gás que evolui de um estado de equilíbrio termodinâmico para outro, é a mesma, quer o processo tenha sido reversível ou irreversível. ( ) A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que a energia do Universo é constante. As afirmativas são, respectivamente: (A) V, V e F. (B) F, V e F. (C) F, V e V. (D) V, V e V. (E) F, F e F.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 14. O estudo do calor e de suas transformações em energia mecânica é chamado de termodinâmica, que significa “movimento do calor”. A ciência da termodinâmica foi desenvolvida no início do século XIX, antes que a teoria atômica e molecular da matéria fosse compreendida. P. Hewitt. Física Conceitual. 9. ª edição (com adaptações). A respeito da termodinâmica, assinale a alternativa correta. a) O fundamento da termodinâmica é o fato de o calor fluir espontaneamente de um ambiente frio para um ambiente quente, e não no sentido inverso. b) A termodinâmica fornece a teoria básica das máquinas térmicas, de turbinas a vapor até reatores nucleares, e a teoria básica de refrigeradores e bombas de calor. c) A lei zero da termodinâmica afirma que, se dois objetos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro objeto, eles não estarão em equilíbrio térmico um com o outro. d) Na primeira lei da termodinâmica, a energia interna de um sistema tende a diminuir se se acrescentar energia na forma de calor e a aumentar se se remover energia na forma de trabalho realizado pelo sistema. e) Em máquina térmica ideal, todos os processos térmicos são irreversíveis. 15. Com relação aos conceitos e às leis da Termodinâmica, assinale V para a afirmativa verdadeira e F para a falsa. ( ) Todo processo em que um gás parte de um estado de equilíbrio termodinâmico e a ele retorna é, necessariamente, reversível. ( ) A variação da entropia de um gás que evolui de um estado de equilíbrio termodinâmico para outro, é a mesma, quer o processo tenha sido reversível ou irreversível. ( ) A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que a energia do Universo é constante. As afirmativas são, respectivamente: (A) V, V e F. (B) F, V e F. (C) F, V e V. (D) V, V e V. (E) F, F e F.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 14. O estudo do calor e de suas transformações em energia mecânica é chamado de termodinâmica, que significa “movimento do calor”. A ciência da termodinâmica foi desenvolvida no início do século XIX, antes que a teoria atômica e molecular da matéria fosse compreendida. P. Hewitt. Física Conceitual. 9. ª edição (com adaptações). A respeito da termodinâmica, assinale a alternativa correta. a) O fundamento da termodinâmica é o fato de o calor fluir espontaneamente de um ambiente frio para um ambiente quente, e não no sentido inverso. b) A termodinâmica fornece a teoria básica das máquinas térmicas, de turbinas a vapor até reatores nucleares, e a teoria básica de refrigeradores e bombas de calor. c) A lei zero da termodinâmica afirma que, se dois objetos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro objeto, eles não estarão em equilíbrio térmico um com o outro. d) Na primeira lei da termodinâmica, a energia interna de um sistema tende a diminuir se se acrescentar energia na forma de calor e a aumentar se se remover energia na forma de trabalho realizado pelo sistema. e) Em máquina térmica ideal, todos os processos térmicos são irreversíveis. 15. Com relação aos conceitos e às leis da Termodinâmica, assinale V para a afirmativa verdadeira e F para a falsa. ( ) Todo processo em que um gás parte de um estado de equilíbrio termodinâmico e a ele retorna é, necessariamente, reversível. ( ) A variação da entropia de um gás que evolui de um estado de equilíbrio termodinâmico para outro, é a mesma, quer o processo tenha sido reversível ou irreversível. ( ) A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que a energia do Universo é constante. As afirmativas são, respectivamente: (A) V, V e F. (B) F, V e F. (C) F, V e V. (D) V, V e V. (E) F, F e F.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 16. Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor retirando em um ciclo de operação 1000 J de calor da fonte quente e transferindo 500 J de calor para a fonte fria. Se em 10 segundos a máquina térmica realiza 40 ciclos, marque a alternativa que apresenta o valor da potência dessa máquina: a) b) c) d) 500 W 20000 W 5000 W 2000 W RESOLUÇÃO PELO ALUNO (Nota):

Apostila 2 – Módulo 2 / RESOLUÇÃO DE EXERCICIOS Apostila 2 – Módulo 2 / Pág. 27 até 29 >> Ex. : 01; 02; 03; 04; 05; 06; 07; 08; 09 e 10. Apostila 2 – Módulo 2 / Pág. 29 até 32 >> Ex. : 02; 03; 05; 06; 07; 08; 09; 10; 11; 13; 14 e 15.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 16. Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor retirando em um ciclo de operação 1000 J de calor da fonte quente e transferindo 500 J de calor para a fonte fria. Se em 10 segundos a máquina térmica realiza 40 ciclos, marque a alternativa que apresenta o valor da potência dessa máquina: a) b) c) d) 500 W 20000 W 5000 W 2000 W RESOLUÇÃO PELO ALUNO (Nota):

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 16. Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor retirando em um ciclo de operação 1000 J de calor da fonte quente e transferindo 500 J de calor para a fonte fria. Se em 10 segundos a máquina térmica realiza 40 ciclos, marque a alternativa que apresenta o valor da potência dessa máquina: a) b) c) d) 500 W 20000 W 5000 W 2000 W RESOLUÇÃO PELO ALUNO (Nota):

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 16. Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor retirando em um ciclo de operação 1000 J de calor da fonte quente e transferindo 500 J de calor para a fonte fria. Se em 10 segundos a máquina térmica realiza 40 ciclos, marque a alternativa que apresenta o valor da potência dessa máquina: a) b) c) d) 500 W 20000 W 5000 W 2000 W RESOLUÇÃO PELO ALUNO (Nota):

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. RESOLUÇÃO:

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. RESOLUÇÃO: a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do gráfico, logo:

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. RESOLUÇÃO: a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do gráfico, logo: b) Pela 1ª lei da termodinâmica têm-se que: Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A.

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. RESOLUÇÃO: a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do gráfico, logo: b) Pela 1ª lei da termodinâmica têm-se que: c) Pela equação de Clapeyron: Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. Lembrando que: n = 100 moles R= 8, 31 J/mol. K E pela leitura do gráfico: p = 300000 N/m² V = 1 m³

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 09. O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R = 8, 31 J/mol. K. RESOLUÇÃO: a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do gráfico, logo: b) Pela 1ª lei da termodinâmica têm-se que: c) Pela equação de Clapeyron: Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. Lembrando que: n = 100 moles R= 8, 31 J/mol. K E pela leitura do gráfico: p = 300000 N/m² V = 1 m³

Apostila 2 / Módulo 2 / Exercícios de Exemplo: 10. Um gás é submetido a um processo sob pressão constante de 400 N/m 2 e sofre uma redução de seu volume em 0, 25 m 3. Assinale aquilo que for FALSO: a) a quantidade de trabalho realizada sobre o gás foi de - 100 J; b) a variação da energia interna é de -150 J; c) o gás recebe 250 J de calor; d) o gás cede 250 J de calor; e) a variação de temperatura desse gás é negativa; RESOLUÇÃO: