3º) Trabalho de um Processo Cíclico

Supondo que a membrana da figura rompa-se, permitindo que o gás expanda-se e preencha o volume com vácuo. Não há resistência a expansão do gás no contorno em movimento conforme ele preenche o volume. Portanto não há trabalho realizado, ainda que haja mudança no volume.

Trabalho de um Gás Perfeito

    ou

A) Processos Politrópicos

OBS: Não é válido para n = 1 (isotérmica)

B) Processo Isobárico

C) Processo Isométrico

D) Processo Isotérmico

	ou
ou

ou ® Processo politrópico

Isotérmica   Þ  n = 1

exercícios - Lista 3

1. Considere como um sistema o gás contido no cilindro mostrado na figura; o cilindro é dotado de um pistão sobre o qual foram colocados vários pequenos pesos. A pressão inicial é de 200 kPa e o volume inicial do gás é de 0,04 m³.

A) Um bico de Bunsen aceso é colocado embaixo do cilindro até que o volume do gás aumente para 0,1 m³, enquanto a pressão permanece constante. Calcule o trabalho realizado pelo sistema durante esse processo.(12,0 kJ)

B) Considere o mesmo sistema e as mesmas condições iniciais, porém, ao mesmo tempo em que o bico de Bunsen está sob o cilindro e o êmbolo se levanta, os pesos são removidos de maneira que a temperatura do gás permanece constante durante o processo. (7,3 kJ)

C) Considere o mesmo sistema; porém, durante a transferência de calor, os pesos são removidos de maneira que a expressão P V^1,3  =  constante descreve a relação entre a pressão e o volume durante o processo. Novamente, o volume final é 0,1 m³. Calcule o trabalho. (6,41kJ)

D) Considere o sistema e os estados inicial dados nos três primeiros itens, porém com o êmbolo retido por um pino de modo que o volume permaneça constante. Além disso, o calor é transferido do sistema até que a pressão caia para 100 kPa. Calcule o trabalho. (Zero)

2. A um aparato de pistão e cilindro, adiciona-se energia. O pistão é puxado de tal maneira que a quantidade                           pV = constante. A pressão e o volume iniciais são 200 kPa e 2 m³, respectivamente. Se a pressão final é 100 kPa, calcule o trabalho realizado pelo gás no pistão. (277 kJ)

3. Ar expande-se em um aparato de pistão e cilindro a uma pressão constante de 200 kPa, passando de um volume de 0,1 m³ para um volume de 0,3 m³. Em seguida, a temperatura é mantida constante durante uma expansão de 0,5 m³. Determine o trabalho total realizado pelo ar. (98,8 kJ)

4. Se 10 kg de ar (comportando-se como um gás ideal), inicialmente à pressão de 1,7 x 106 N/m² sofrem um decréscimo de volume de 1,8 m³ para 0,6 m³, permanecendo a pressão constante, qual é o trabalho executado? É positivo ou negativo? (-2,04x10⁺⁶ J)

5. Se 3kg de ar sofrem um processo isotérmico quase estático, qual é a pressão final, se a pressão e o volume iniciais são, respectivamente, 5,16 x10⁵ N/m2 e 0,3 m³, e executa-se um trabalho de 3,12 x 10 ⁴ J sobre o ar (considere o ar um gás ideal)? (6,3.10⁵ Pa)

6. Qual o conceito termodinâmico de trabalho?

7. O que significa dizer que o trabalho não é uma propriedade de estado?

8. O que representa um diferencial inexato?

9. 12 g de um gás ocupam o volume de 5.10-3 m³ a temperatura de – 3ºC. O gás é aquecido à pressão constante até sua massa específica tornar-se igual a 2.10^-3 g/cm³. Calcule a temperatura neste estado. (51ºC)

10. Calcule o número de moles de 2 kg de cada uma das seguintes substâncias: CH₄ (metano), C₂ H₄ (acetileno). (125 mols, 71,43 mols)

11. Um gás monoatômico em um recipiente ocupa 0,042 m³ a 27ºC e 15.10⁶ Pa. Calcule:

a) o número de moles contido no tanque. (252,71 mols)

b) O volume específico molar. (1,66.10^-4 m³/mol)

12. Um tanque de 0,42m³ de volume contém oxigênio à pressão de 1,5.10⁷ N/m² e à temperatura de 21ºC. Suponha que o oxigênio se comporte como um gás ideal. Dado: R_Oxigênio = 0,2598 kJ/kgK

a) Quantos quilomols contêm o tanque? (2,577 kmol)

b) Quantos quilogramas? (82,48 kg)

c) Qual a pressão quando a temperatura eleva-se a 980ºC? (6,39.10⁷ Pa)

d) Quantos kg podem ser retirados do tanque, à temperatura de 21ºC, antes que a pressão caia até 1,5.10⁵N/m²? (8,1655.103 kg)

13. Um sistema que consiste em 2kg de um gás é submetido a um processo durante o qual a relação entre pressão e o volume específico é pv^1/3 = constante. O processo se inicia com pressão de 10⁵ Pa, volume específico de 0,5 m³/kg e finda com pressão de 0,25.10⁵ Pa. Determine o volume final e represente o processo em um gráfico p x v. (64 m³)

14. 2 kg de ar sofrem um processo isotérmico quase-estático, qual é a pressão final, se a pressão e o volume iniciais são, respectivamente, 4,0.10⁵ Pa e 0,2 m³, e neste processo o gás executa um trabalho de 3,2.10⁴J?  (2,68.10⁵ Pa)

15. 1,5 kg de neônio, considerado gás perfeito, a pressão atmosférica e 100ºC sofre um processo isovolumétrico quase estático até reduzir a pressão a metade; logo após sofre um processo isotérmico quase estático até dobrar o volume. Calcule: Dado: cp = 1,020 kJ/kgK e cv = 0,618 kJ/kgK

a) o trabalho total; (80,56 kJ)

b) o calor total. (-92,29 kJ)

16. Quando um sistema não troca calor com o meio, sua temperatura obrigatoriamente permanece constante. Comente a afirmativa.

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