Física 2: Primeira Lei da Termodinâmica (Módulo 10)

F2. Primeira Lei da Termodinâmica (Módulo 10)

Capítulo 19 do livro

1. Quando um fluido X entra em ebulição sob pressão de 1,6 atm, o calor de vaporização é 2,20 ×10⁶ J/kg, e o ponto de ebulição é 120 °C. A essa pressão, 1,0 kg do fluido X possui volume igual a 1,3 L , e 1,0 kg de vapor do fluido X possui volume igual a 0,8 m³. Calcule a variação da energia interna do fluido X, em kJ.

A resposta correta é: 2071.

2. Em um dia quente de verão, uma grande massa de ar (pressão atmosférica igual a 100,6 ×10³ Pa) é aquecida pelo solo até uma temperatura de 9,5 °C e então começa a subir através do ar mais frio circundante. Sendo que esse processo pode ser considerado aproximadamente adiabático, calcule a temperatura (em K) da massa de ar quando houver subido a um nível em que a pressão atmosférica é apenas 81,2 ×10³ Pa. Suponha que o ar seja um gás ideal, com γ = 1,40. (Essa taxa de resfriamento do ar seco em ascensão, que corresponde a cerca de 10 °C a cada 100 m de altitude, chama-se gradiente adiabático seco.)

A resposta correta é: 265,7.

3. Um gás qualquer num cilindro é mantido à pressão constante de 1,19×10⁵ Pa e simultaneamente resfriado e comprimido de 1,95 a 1,38 m³. A energia interna diminui de 1,47×10⁵ J. Calcule a quantidade de calor. em kJ, que flui para o gás (Q>0) ou dele para outra parte do sistema (Q<0).

A resposta correta é: -214,8.

4. Um doce contém 2 g de proteína, 16,8 g de carboidratos e 7 g de gordura. Os valores médios de energia alimentícia dessas substâncias são 5,0 kcal/g para a proteína e os carboidratos e 8,1 kcal/g para a gordura. Durante um exercício pesado, uma pessoa média gasta energia a uma taxa de 510 kcal/h. Durante quanto tempo (minutos) você faria exercício com o ‘trabalho obtido’ por esse doce?

A resposta correta é: 17,73.

5. Um jogador de basquete faz a bola bater no chão, comprimindo-a a 80,0% de seu volume original em um processo adiabático. O ar (suponha que o ar seja essencialmente um gás) dentro da bola está originalmente à temperatura de 20 °C e a uma pressão de 1,9 atm. O diâmetro da bola é 24,9 cm. De quanto é a variação da energia interna, em joules, do ar entre o estado original da bola e sua compressão máxima?

A resposta correta é: 362,7.

6. A temperatura de 0,39 mol de um gás ideal é mantida constante em 77 ºC enquanto seu volume é reduzido para 25% de seu volume inicial. A pressão inicial é de 1,06 atm. De quanto é, em joules, a troca de calor do gás com seu ambiente?

Dado: R =8.314 J/mol.K.

A resposta correta é: -1573.

7. Certa amostra gasosa expande obedecendo o gráfico abaixo, com alfa igual a13,9 Pa⁶ . Um terço do calor que entra no sistema durante o processo é convertido em energia interna do gás. DETERMINE, em joules, o trabalho executado pelo gás durante a expansão.

A resposta correta é: 32,43.

8. Uma bolha de 4,5 mols de hélio está submersa a uma certa profundidade em água lı́quida quando a água (e portanto o hélio) sofre um aumento de temperatura de ∆T de 31,9 °C a pressão constante e, como   consequência, a bolha se expande. Sabendo que o hélio é um gás monoatômico ideal cujo calor especı́fico molar a volume constante vale 3R/2, considere a constante ideal dos gases dada por 8.31 J/mol.K. Dica: se precisar use C com p subscrito igual a C com v subscrito mais R. DETERMINE em joules, a variação da energia interna do hélio durante o aumento de temperatura.

A resposta correta é: 1789,35.

9. Em uma experiência para simular as condições no interior de um motor de automóvel, 634,5 J de calor são transferidos para 0,2 mol de ar contido no interior de um cilindro com volume igual a 40,0 cm³. Inicialmente, o nitrogênio está a uma pressão de 3,0 ×10⁶ Pa e à temperatura de 780 K. Se o volume do cilindro é mantido constante, qual é a temperatura final, em Kelvin, do ar? Considere o calor específico do ar à pressão constante como 29,07 J/(mol K).

A resposta correta é: 933.

10. Certa amostra gasosa expande obedecendo o gráfico abaixo, com alfa igual a 5,1 Pa⁶ . Um terço do calor que entra no sistema durante o processo é convertido em energia interna do gás. DETERMINE, em joules, o trabalho executado pelo gás durante a expansão.

A resposta correta é: 11,90.

  

11. Uma bolha de 8,5 mols de hélio está submersa a uma certa profundidade em água lı́quida quando a água (e portanto o hélio) sofre um aumento de temperatura de ∆T de 36,1 °C a pressão constante e, como consequência, a bolha se expande. Sabendo que o hélio é um gás monoatômico ideal cujo calor

especı́fico molar a volume constante vale 3R/2, considere a constante ideal dos gases dada por 8.31 J/mol.K. Dica: se precisar use C_p=C_v+R. DETERMINE em joules, a variação da energia interna do hélio durante o aumento de temperatura.

A resposta correta é: 3824,89.

12. Em um dia quente de verão, uma grande massa de ar (pressão atmosférica igual a 101,7 ×10³ Pa) é aquecida pelo solo até uma temperatura de 4,0 °C e então começa a subir através do ar mais frio circundante. Sendo que esse processo pode ser considerado aproximadamente adiabático, calcule a temperatura (em K) da massa de ar quando houver subido a um nível em que a pressão atmosférica é apenas 82,7 ×10³ Pa. Suponha que o ar seja um gás ideal, com γ = 1,40. (Essa taxa de resfriamento do ar seco em ascensão, que corresponde a cerca de 10 °C a cada 100 m de altitude, chama-se gradiente adiabático seco.)

A resposta correta é: 261,1.

13. Um cilindro com um pistão móvel contém 4,0 mols de gás N₂ (suponha que o N₂ se comporte como um gás ideal)

i) O N2 é aquecido a volume constante até que 1510,4 J de calor tenham sido fornecidos. Calcule a variação da temperatura ΔT₁.

ii) Suponha que a mesma quantidade de calor seja fornecida ao N₂, mas que, desta vez,o gás possa expandir-se ao mesmo tempo em que se mantém a pressão constante. Calcule a variação de temperatura ΔT2.

Quanto é ΔT₁+ΔT₂? Use o SI. Considere R = 8,314 J/Kmol.

A resposta correta é: 31,2.