Lista de Exercícios Resolvidos de Primeira lei da termodinâmica

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Em um processo adiabático, não ocorre transferência de energia na forma de calor. Diga se cada uma das declarações seguintes sobre um processo adiabático em um sistema fechado é sempre verdadeira, sempre falsa ou verdadeira sob certas condições (especifique as condições):

a) ∆ U = 0

b) q   =   0

c) q < 0

d) ∆ U = q

e) ∆ U = w

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Uma amostra de gás aquecida em um cilindro consome 524 Kj de energia na forma de calor. Ao mesmo tempo, um pistão comprime o gás e realiza 340 Kj de trabalho. Qual é a variação de energia interna do gás durante o processo?

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a) Qual o significado do termo função de estado?

b) Dê um exemplo de grandeza que é função de estado e de uma que não é.

c) A temperatura é função de estado? Justifique sua resposta.

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Um gás em um cilindro foi colocado em um aquecedor e ganhou 5500   J de calor. Se o volume do cilindro aumentou de 345   m l para 1846   m l contra uma pressão atmosférica de 750   t o r r durante o processo, qual é a variação de energia interna do gás no cilindro ?

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Um gás é confinado em um cilindro equipado com um pistão e um aquecedor elétrico, como mostrado na ilustração desse exercício. Suponha que se forneça corrente para o aquecedor de tal forma que sejam adicionados 100J de energia. Considere duas situações diferentes. No caso (1) é permitido que o pistão se mova à medida que a energia é adicionada. No caso (2) o pistão está fixo, de tal forma que não se possa mover.

a) Em qual caso o gás tem a maior temperatura depois da adição da energia elétrica?

b) O que você pode dizer sobre os valores de q e w em cada um desses casos?

c) O que você pode dizer sobre os valores relativos de ∆ U para o sistema (o gás no cilindro) nos dois casos?

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Os desenhos abaixo mostram uma visão molecular de um sistema que varia em temperatura constante. Diga, em cada caso, se o calor é absorvido ou perdido pelo sistema, se o trabalho de expansão é executado no sistema ou pelo sistema e prediga os sinais de q e w no processo.

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Uma quantidade de ar é expandida e realiza 5,0 kJ de trabalho.

Quanto calor é fornecido ao ar se a energia do ar aumenta em (a) 5,0 kJ, (b) 2,0 kJ, (c) 0 kJ?

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Num dado recipiente contendo um líquido, é imerso um cilindro contendo gás ideal, confinado por um êmbolo móvel, conforme as figuras adiante

O recipiente está sobre uma fonte térmica e a base do recipiente é diatérmica, permitindo trocas de calor entre a fonte e o recipiente. As demais paredes do recipiente são adiabáticas e as paredes do cilindro que contém o gás são diatérmicas. A fonte térmica fornece 2000 J para o sistema formado pelo líquido e o gás, conforme figura (I) acima. Devido ao calor fornecido pela fonte térmica, a temperatura do líquido aumenta de 3K, consumindo 1500 J. Por outro lado, o gás realiza uma expansão com um aumento de volume de 8 m 3 , a uma pressão constante de 50   N / m 2 , como representado na figura (II) acima.

a) Calcule o trabalho realizado pelo gás.

b) Calcule a variação da energia interna do gás.

c) Nesse processo, o que acontece com a energia cinética das partículas que compõem o gás: aumenta, diminui ou não muda? Justifique a sua resposta.

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