Exercícios de Termodinâmica

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
FACULDADE DE METEOROLOGIA
Exercícios de Fixação – Unidade 5 – Primeira Lei da Termodinâmica
Disciplina de Introdução à Física da Atmosfera
 1. O que é calor? Qual é a sua unidade no S.I.?
 2. O que é trabalho? Pensando num gás aprisionado em um sistema de pistão como o sistema,
como é dado o trabalho realizado por esse sistema no meio?
 3. As variáveis P, V e T são variáveis de estado. O que é uma variável de estado?
 4. Um processo é o mecanismo que leva um sistema de um estado de equilíbrio a outro estado
de equilíbrio. Em função dessa afirmação, responda:
 a) Como um processo reversível se diferencial de um processo irreversível?
 b) O que é um estado de equilíbrio?
 c) O que são funções de estado?
 5. Por que o trabalho não é uma variável de estado? O calor pode ser considerado como tal?
Por quê?
 6. A que se refere a 1ª Lei da Termodinâmica? Apresente a sua equação e discuta os seus
termos?
 7. Calor é adicionado reversivelmente a um sistema, provocando uma certa mudança de
temperatura, δT. Por que o calor adicionado isobaricamente é maior que o calor adicionado
isocoricamente, para um mesmo δT?
 8. O que é Entalpia? Por que é interessante o seu uso em Meteorologia?
 9. Em função da 1ª Lei da Termodinâmica, explique o que ocorre com o sistema durante um
processo isotérmico e durante um processo adiabático.
 10. Num gráfico pressão (p) versus volume específico (α), por que as curvas adiabáticas
têm maior inclinação que as curvas isotérmicas.
 11.Considerando um processo adiabático, obtenha a equação da temperatura potencial.
Explique o que é temperatura potencial? Explique, também, o motivo pelo qual a
temperatura potencial de uma parcela de ar em movimento é conservada? Em que situação
essa temperatura não é conservada?
 12. Uma amostra de ar seco tem uma pressão inicial p1 = 1.000 hPa e temperatura T1 =
300 K. Ele passa por um processo com uma nova pressão p2 = 500 hPa sem alterar a
temperatura T2 = T1. Compute o trabalho mecânico por unidade de massa, feito pela
amostra, considerando os seguintes cenários:
 a) Redução isocórica da pressão para p2 seguida por uma expansão isobárica para o estado
final; (Resp.: 4,31x104 J kg-1)
 b) Expansão isobárica para o volume específico final α2 seguido por uma redução isocórica
para o estado final; (Resp.: 8,61x104 J kg-1)
 c) Expansão isotérmica para o estado final. (Resp.: 5,7x104 J kg-1) 
 13. Um típico tanque “scuba” (mergulho) tem um volume de 10 litros. Quando
cuidadosamente carregado, ele contém ar comprimido à pressão de 200 bars, ou 2 x 107 Pa.
 a) Qual é o volume do ar não comprimido - se a pressão ambiente for 1.000hPa e a
temperatura 293K – tanto para o ar comprimido como não-comprimido? (Resp.: 2m3)
 b) Quanto trabalho mecânico em joules é requerido para preencher o tanque, se o processo
é isotérmico? Dica: Lembre que a pressão p será uma função de V, e considere os
volumes inicial e final como seu limite de integração. (Resp.: 1,06x106 J kg-1)
 c) Se o compressor é capaz de prover 1000W de potencia média, quanto tempo leva para
encher o tanque? (Resp.: 1.060 s)
 14. Calcule o trabalho realizado ao comprimir isotermicamente 2 kg de ar seco a um
décimo do seu volume, em 15°C. (Resp.: 3,81x105 J)