Física II – Eng. Electrotécnica
(2003-2004)
Folha 7
1. Duas moles de um gás diatómico ideal são comprimidas isotermicamente de 18 litros até 8
litros. Durante o processo, ocorre a transferência de 170 calorias do gás para o exterior.
a) Determine o trabalho realizado pelo gás e a variação da energia interna do gás
durante o processo, bem assim como as temperaturas inicial e final do gás .
b) Considere que a mesma quantidade de gás sofre a mesma redução de volume mas
neste caso adiabaticamente e que neste processo o trabalho realizado sobre o gás é de
820 J. Determine a temperatura inicial e a pressão nos estados inicial e final.
c) Repita as duas alíneas anteriores para o caso de um gás monoatómico ideal.
2. Uma mole de um gás monoatómico, inicialmente à temperatura T, é submetido a um
processo no qual a temperatura é quadruplicada e o volume reduzido a metade. Sabe-se que,
durante esse processo, a pressão nunca foi inferior à pressão inicial e que o trabalho
realizado sobre o gás foi o mínimo possível. Determine o calor transferido para o gás.
3. Numa expansão isotérmica, um gás ideal, a uma pressão inicial P0, expande-se até que o seu
volume duplica.
a) Determine a sua pressão após a expansão.
b) O gás é então comprimido, adiabaticamente e quase estaticamente, de volta ao seu
volume inicial, sendo nesse momento a pressão 1,32 P0. O gás será monoatómico,
diatómico ou poliatómico?
c) Como é que se altera a energia cinética translacional do gás ao longo dos processos
anteriores?
4. O monóxido de carbono e o oxigénio combinam-se para formar dióxido de carbono, com
uma libertação de energia de 280 kJ por mole de CO, de acordo com a reacção:
2(CO) + O2 → 2(CO2).
Duas moles de CO e uma mole de O2 a 300 K estão confinadas num recipiente de 80 litros.
A reacção de combustão é iniciada por uma faísca.
a) Qual é a pressão no interior do contentor antes de se dar a reacção?
b) Se a reacção ocorrer adiabaticamente, quais são a temperatura e a pressão finais?
c) Se o dióxido de carbono resultante for arrefecido a 0 ºC, qual é a pressão no
recipiente?
5. Uma instalação frigorífica mantém uma temperatura de Tc = - 27 ºC. O ar da cozinha tem
uma temperatura de Th = 27 ºC. Dado que o isolamento da instalação não é perfeito, algum
calor flui para o interior a uma taxa de 50 W. Determine a potência do motor necessária para
manter a temperatura da instalação frigorífica.
6. O compartimento de frio de um frigorífico e o seu conteúdo encontram-se a 5 ºC e
apresentam uma capacidade calorífica média de 84 kJ/K. O frigorífico transfere calor para a
sala onde se encontra, a qual se encontra a 25 ºC. Qual a energia mínima necessária que terá
de consumir o frigorífico, para que a temperatura do compartimento de frio e do seu
conteúdo seja reduzida de 1 ºC?
7. As constantes de Van der Waals são a = 0,03412 L2atm/mol e b = 0,0237 L/mol para o hélio
e a’= 5.468 L2atm/mol e b’= 0.03052 L/mol para a água.
a) Das duas substâncias qual tem forças de interacção molecular mais intensas?
Justifique.
b) Das duas substâncias qual tem o ponto de ebulição mais baixo á pressão atmosférica
normal? Justifique.
c) Estime o raio do átomo de hélio.
8. A capacidade calorífica, a volume constante, de uma certa massa de gás monoatómico é
iguala 49,8 J/K. Determine o número de moles de gás e a capacidade calorífica a pressão
constante dessa massa de gás.
9. Uma máquina térmica que funciona com uma mole de gás ideal diatómico efectua o ciclo
constituído por três etapas: (1) expansão adiabática a partir da pressão de 2,64 atm e volume
de 10 litros até à pressão de 1 atm e volume igual a 20 litros; (2) arrefecimento isobárico até
ao volume inicial; (3) aquecimento a volume constante até à pressão inicial. Calcular o
rendimento deste ciclo.
10. Deixa-se fundir completamente um cubo de 100 g de gelo a 0 ºC obtendo-se água a 0 ºC. O
calor de fusão do gelo é igual a 80 cal/g. Calcular a variação de entropia do gelo, do
ambiente e do conjunto no caso da temperatura ambiente ser igual a 30 ºC. Repita os
cálculos para o caso da temperatura ambiente ser igual a 5 ºC.