6ª aula prática

Termodinâmica e Estrutura da Matéria - LEEC

6ª aula prática

P6.1 - Considere 100g de gelo à temperatura T0 = 0ºC, em contacto com a ar ambiente à temperatura Tamb. Deixa-se fundir o gelo até se obter água líquida a 0°C.

a) Calcule a variação da entropia do gelo, do ambiente e do conjunto (gelo+ambiente=Universo), supondo Tamb = 30ºC (Verão em Lisboa). b) Indique como se alterariam os resultados anteriores se fosse Tamb = 0ºC (Inverno em Paris).[Despreze as variações de volume do sistema gelo-água.]

P6.2 - Considere uma mole de N2 que se encontra dentro de um recipiente isolado, confinado ao volume A tal como é mostrado na figura. Os compartimentos A e B estão separados por uma divisória móvel de massa m que está a uma altura h relativamente à base do recipiente. Em B existe vácuo.

Considere o azoto como um gás ideal. Sejam ainda: VA= 1 m3; VB = VA; TA = 200 K; m = 2,5 kg; h = 8,3 m

Num primeiro processo de transformação a divisória é removida horizontalmente. Para este caso:

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a) Calcule a temperatura final e a pressão final do sistema. b) Calcule o calor que seria necessário fornecer ao sistema, após a expansão, para repor a pressão inicial.c) Indique se o resultado da alínea a) se manteria, caso o azoto fosse tratado como um gás real.

Num segundo processo de transformação solta-se a divisória por forma a que ela suba até ficar encostada à parte superior do recipiente. Considera-se que toda a energia cinética da divisória é transformada em energia interna após a barra encostar na parte superior do recipiente. Para este caso:

d) Calcule a temperatura final e a pressão final do sistema. e) Calcule o calor que seria necessário fornecer ao sistema após a expansão para repor a pressão inicial. Compare com o valor da alínea b) e comente. f) Calcule a variação de entropia do Sistema e do Universo durante os dois processos de expansão anteriormente descritos (sem se fornecer calor). Comente a diferença entre os valores calculados.

P6.3 - O ar no interior dum pneu encontra-se à pressão pi = 3,5 atm e à temperatura Ti = 300 K. Admita que o ar se comporta como um gás ideal diatómico.

a) Calcule a densidade do ar (em partículas m-3) no interior do pneu, e os seus calores específicos molares a pressão e a volume constantes.b) Esvazia-se o pneu, abrindo totalmente a sua válvula. Admita que o ar realiza uma expansão rápida (adiabática) entre os volumes Vi (pi, Ti) e Vf (patm, Tf).[NOTA: patm = 1 atm é a pressão atmosférica.] b1) Suponha que a expansão realizada pelo ar do pneu era reversível. Calcule a nova

temperatura final do ar, Tfrev, após a expansão. b2) Suponha agora que o ar do pneu se expande de forma irreversível contra a pressão atmosférica exterior (o que é bem mais realista). Admita que, nestas condições, o ar do pneu realiza um trabalho sobre o exterior dado por W = patm(Vf - Vi). Calcule a nova temperatura

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final do ar, Tfirrev, após a expansão. Será esta forma de esvaziar o pneu saudável para a vida da válvula? Compare o resultado obtido com o da alínea anterior e interprete.

DADOS:

R = 8,3144 J K-1 mol-1 kB = 1,38x10-23J K-1

g = 9,8 ms-2 1atm = 1,013x105 Paλfusão(gelo) = 80 cal g-1 1cal = 4,186J

Cm(água) = 1 cal g-1 oC-1

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