Termodinamica - exercicios

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TERMODINÂMICA
2012/13

I.
1-

Introdução
Água líquida a 100 oC e 1 bar tem uma energia interna (numa escala arbitrária) de
419.0 kJ kg-1 e um volume específico de 1.044 cm3 g-1.
a)
b)

2-

Qual a sua entalpia?
A água é vaporizada até ao estado final de 200 oC e 800 kPa,
correspondendo-lhe uma entalpia de 2 838.6 kJ kg-1. Determine ∆H e ∆U
para este processo. O volume específicodeste vapor é 260.79 cm3 g-1.

5 moles de azoto a 80 oC estão contidos num reservatório rígido.
a)

b)

Desprezando a capacidade calorífica do reservatório, determine a quantidade
de calor que é necessário adicionar ao sistema para elevar a temperatura até
300 oC.
Se o reservatório tiver uma massa de 100 kg e uma capacidade calorífica de
0.5 J g-1 oC-1, determine a quantidade de calorque é necessário adicionar ao
sistema para atingir a mesma temperatura final.

Dados:
Para o azoto suponha:
Cv = 20.8 J mol-1 oC-1
Cp = 29.1 J mol-1 oC-1
3-

Três libras mol de azoto a 450 oF estão no interior de um conjunto
cilindro/pistão. Determine a quantidade de calor que deve ser retirada do sistema,
mantendo a pressão constante, para arrefecer o gás até 100 oF. Despreze acapacidade calorífica do pistão e do cilindro.
Dados:
Para o azoto considere:

Cv = 5 Btu (lb mol)-1 (oF)-1
Cp = 7 Btu (lb mol)-1 (oF)-1

1

TERMODINÂMICA
2012/13
II. 1ª Lei da Termodinâmica
1-

Um mol de um gás ideal, Cp = (7/2) R e Cv = (5/2) R, sofre uma variação de
estado de 10 bar e 0.005 m3 para 1 bar, através de cada um dos seguintes
processos reversíveis:
a)

A volumeconstante.

b)
c)

A temperatura constante.
Adiabaticamente.

Para cada um destes processos calcule W, Q, ∆U e ∆H.
2-

Considere um tanque munido com um agitador, como se mostra na figura. O
tanque contém inicialmente 0.50 m3 de hélio a 1 atm e 26 ºC. O agitador é
accionado até que a pressão no tanque atinja 2 atm. Durante este processo, as
perdas de calor para o meio ambiente, a 25 ºC, sãoestimadas em 5 kcal.
Q
Suponha que o hélio tem comportamento de gás perfeito
com
Cp = 5/2 R. Determine:
a)
b)

A variação de energia interna do gás.

c)

3-

A temperatura final do gás.

O trabalho executado pelo agitador.

Um metro cúbico de um gás ideal a 500 K e 2 000 kPa expande-se até um estado
final em que o volume é 10 vezes superior ao volume inicial, através de:
a)
b)c)

Um processo reversível e isotérmico.
Um processo reversível e adiabático.
Um processo irreversível, adiabático, no qual a expansão é levada a cabo
contra uma pressão constante de 100 kPa.

2

Para cada um destes processos calcule a temperatura final, a pressão final e o
trabalho realizado pelo gás. Considere que para este gás Cp = 21 J mol-1 K-1.

4-

Um quilograma de ar a 300K e 1 bar é aquecido reversivelmente, a pressão
constante, até o seu volume triplicar.
Para este processo calcule Q, W, ∆U e ∆H.
Dados:

5-

Para o ar considere: PV/T = 83.14 bar cm3 mol-1 K-1
Cp = 29 J mol-1 K-1

Derive uma equação para calcular o trabalho reversível durante a compressão
isotérmica de um mol de gás desde um volume inicial V1 até um volume final
V2, recorrendo àequação de estado:
P (V - b) = RT
com b - constante positiva

6-

Um gás ideal, Cp = (5/2) R e Cv = (3/2) R, sofre uma variação de estado desde 1
bar e 10 m3 para 10 bar e 1 m3, através de cada um dos seguintes processos
reversíveis:
a)

Compressão isotérmica.

b)
c)
d)

Compressão adiabática seguida de arrefecimento a pressão constante.
Compressão adiabática seguida de arrefecimento avolume constante.
Aquecimento a volume constante seguido de arrefecimento a pressão
constante.

e)

Arrefecimento a pressão constante seguido de aquecimento a volume
constante.

Calcule, para cada um destes processos globais, o trabalho requerido, o calor
transferido e as variações de energia interna e de entalpia.

3

TERMODINÂMICA
2012/13
III. Propriedades Volumétricas de...
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