Termodinâmica Metalúrgica I Prof. Nestor 1ª Lista de ... - Ufrgs

Termodinâmica Metalúrgica I
Prof. Nestor
1ª Lista de exercícios
1. Sabe-se, da observação, que o quociente V/n (considerando os gases ideais)
apresenta um valor constante. Dê um exemplo da ‘vida real’ que demonstre isso.
2. Sabe-se, da observação, que o produto T⋅n (considerando os gases ideais) apresenta
um valor constante. Dê um exemplo da ‘vida real’ que demonstre isso.
3. O coeficiente isobárico de expansão térmica dos gases, α, (expansividade térmica
isobárica) é definido por:
⎛ ∂V
⎞
α = 1 ⎜ ⎟ ,
Vo
⎝ ∂T
⎠P
onde V o é o volume molar do gás à temperatura de 0 [ºC] e pressão P. Henri Victor
Regnault 1 mostrou, em 1847, que, para os gases ideais, α = 1/273.
a) comprove, fazendo um diagrama de V como uma função de T, com a temperatura
dada em graus Celcius (este diagrama ofereceu a base para a descoberta da escala
absoluta de T), com P = cte. b) Depois, divida a equação por V o e comprove
analiticamente que o valor de α mencionado acima está correto.
4. Considere um sistema gasoso ideal e os processos da figura abaixo. Quais as ações e
cuidados que devem ser executadas e tomados para que ele passe do estado 1 para 2, do
1 para 3 e do 1 para o estado 4 T 2 > T 1
5. O gráfico abaixo representa a variação de energia interna de 1 mol de um
determinado gás, a volume constante, enquanto é aquecido de 100 a 300 [ºC]. A
variação de energia interna, a quantidade de calor absorvida e o trabalho realizado
pelo gás são, respectivamente:
a) 3,0 kcal, 2,0 kcal, nulo
b) 3,0 kcal, 2,0 kcal, 4,18 J
c) 2,0 kcal, 2,0 kcal, 4,18 J
d) 2,0 kcal, 2,0 kcal, nulo
e) 2,0 kcal, 3,0 kcal, 4,18 J
1 Diz-se que o símbolo R, da constante universal dos gases, leva essa letra em sua homenagem.

6. Considere as afirmativas abaixo, relacionadas aos processos de um sistema gasoso
ideal mostrados na figura, abaixo:
I - No processo a→c, o sistema realiza trabalho e recebe calor.
II - Os processos a→c e b→c têm a mesma variação de energia interna.
III - No processo b→c, o trabalho é nulo e o sistema cede calor à vizinhança.
Entre as alternativas seguintes, a opção correta é:
a) apenas I e III são verdadeiras
b) apenas II e III são verdadeiras
c) todas são verdadeiras
d) apenas I e II são verdadeiras
e) todas são falsas
7. Certa massa de um gás ideal sofre as transformações representadas na figura abaixo.
A temperatura, no ponto A, é igual a 300[K]. R = 8,31 [J/mol⋅K]
a) Qual é o número de mols do sistema
b) Calcule a temperatura correspondente ao ponto B.
c) Como se denomina o processo entre os estados B→C
d) Qual é o valor do trabalho líquido
e) Na transformação C→D, a energia interna cresce ou decresce (por quê)

8. O gráfico abaixo ilustra o comportamento de duas amostras gasosas (rotuladas
amostra I e amostra II) submetidas a processos isocóricos. Ambas são compostas pelo
mesmo gás, que se comporta idealmente. Com base nele, é CORRETO afirmar que:
a) se os volumes das duas amostras são iguais, a amostra I tem maior número de
mols que a amostra II;
b) se o número de mols das duas amostras são iguais, o volume da amostra I deve
ser maior do que o volume da amostra II;
c) tanto a amostra I quanto a amostra II realizam trabalho mecânico sobre o
ambiente quando a temperatura aumenta;
d) para as duas amostras, quanto maior a temperatura, menor a pressão;
e) para as duas amostras vale a afirmação de que a variação da energia interna
ocorrida com o aumento da temperatura é menor que o calor recebido do meio
externo.
9. O gás A tem um calor específico molar muito mais elevado que o gás B. Compare,
apenas com base na teoria, o calor absorvido (trocado entre a vizinhança e o sistema)
pelos gases numa mesma expansão isotérmica. Cada sistema tem exatamente o mesmo
número de mols.
10. Enunciado idêntico ao do problema anterior. Considere, no entanto, que o sistema A
tem o dobro do número de mols de B.
11. Mostre que a variação de entalpia de uma compressão isotérmica de um gás ideal é
igual a zero.
12. Desenhe um ciclo de Carnot utilizando os eixos P versus V e outro com T versus S.
Identifique os quatro estados finais dos processos do ciclo como A, B, C e D sobre os
dois diagramas, certificando-se da correta correspondência entre eles. Mostre, no
diagrama T versus S, qual área corresponde ao calor absorvido da vizinhança pela
máquina térmica e qual corresponde ao calor que é devolvido à vizinhança por ela, com
base na equação q = T dS.
13. Explique como se determina a variação da entropia do universo usando para o
raciocínio um sistema e sua vizinhança; Determine (ou indique) o valor desta variação:
(a) com o sistema sofrendo um processo isotérmico reversível, e, (b) com o sistema
sofrendo um processo irreversível.
Respostas para algumas questões:
5 c; 6 a; 8 a