Segundo Princípio da Termodinâmica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Segundo Princípio da Termodinâmica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

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Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo do Segundo Princípio da Termodinâmica .
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Instituto de Química/UFRGS Departamento de Físico-Química

Físico-Química I-B

Lista de Exercícios N 0 5: Segundo Princípio da Termodinâmica: Ciclo de Carnot,

Máquinas Térmicas e Máquinas Frigoríficas. 1) Um mol de oxigênio sob temperatura inicial de 100°C é submetido a um ciclo ideal de Carnot. O gás expande isotermicamente até duplicar seu volume, a seguir expande adiabaticamente até triplicar o volume inicial. É, então, comprimido isotermicamente a um volume tal que pela compressão adiabática que se segue, o sistema retorna ao seu estado inicial. Calcule: a) O trabalho realizado pelo gás em cada etapa. b) O trabalho no ciclo. c) O rendimento no ciclo. Dado: para o oxigênio, γ = 1,4 2) Um motor de Carnot deve operar com pelo menos 15% de rendimento. A fonte quente será água fervente a 100°C e a fonte fria deverá ser água corrente a uma certa temperatura T. Calcule a T máxima da água de resfriamento para que o rendimento se mantenha no mínimo a 15%. Resp: 317 K 3) Considere um refrigerador ideal que opera entre 0°C e 25°C, o qual deve produzir 1,0 de grama de gelo por segundo a 0°C a partir de água a 0°C. Sabendo que a entalpia molar de fusão da água é igual a 6009,5 J mol-1, calcule w. 4) Suponha que, no refrigerador do problema 3, a água seja introduzida a 25°C. Calcule w. Dado: Cpágua = 4,184 J/K mol. Resp: w = 31 kJ/g 5) Um refrigerador trabalha de forma ideal entre 0°C e uma certa temperatura T. Sabe-se que o refrigerador congela 1Kg de gelo por hora a partir de água a 0°C. Ao mesmo tempo, lança calor para o ambiente num total de 420 kJ h-1. Calcule o valor de T. Resp.: T=342,3K 6) Um motor foi construído para operar com um gás ideal segundo o ciclo: a) aquecimento isobárico de P1,V1,T1 para P1,V2,T2 b) resfriamento isométrico de P1,V2,T2 para P3,V2,T3 c) compressão adiabática de P3,V2,T3 para P1,V1,T1. Admita que 1 mol de gás ideal monoatômico sofre esse ciclo partindo de 298K, 1 bar e 24,8 L. Admita também que o motor opera entre reservatórios de calor a 601K e 186K. Calcule q, w e o rendimento η para o ciclo. Compare o rendimento calculado com aquele de um motor de Carnot que opera entre os mesmos reservatórios. 7) a) Qual é a mínima quantidade de trabalho necessária para lançar 1195 J de calor desde o interior de um refrigerador a 0 oC para o ambiente a 30 oC? b) Quanto calor é lançado no interior da sala? Resps: wa = -131,3 J, qb = 1,326 kJ 8) A eficiência termodinâmica de uma máquina (motor) de calor é 0,47 quando a fonte quente está a 300 oC e a fonte fria a 0 oC. a) O motor trabalha reversivelmente?

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b) Quanto trabalho é feito cada 1000 J tirados da fonte quente? Resp: η = 0,52, w = 470 J

Provas anos anteriores 9) Uma máquina reversível ideal de Carnot opera entre 227 e 27 oC. a) Calcule a eficiência e o trabalho máximo útil que pode ser produzido por ela. b) Considere que pode ser construída uma outra máquina (M) que operando entre as mesmas temperaturas tem uma eficiência maior (εM = 0,50) que a máquina de Carnot. Mostre numericamente que tal máquina contradisse o enunciado de Clausius. Baseia-se na informação mostrada na Fig. 1. Resp: η = 0,4

10) Considerar um mol de gás ideal como fluido de um ciclo reversível de Carnot e sem

realizar cálculos predizer o signo de ∆V, ∆P, ∆T, ∆U, ∆H, ∆S, q e w para cada etapa.

227 o C

M

27 o C

Carnot

800 J

- 400 J

- 400 J

- 1000 J

600 J

Fig. 1

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