P3 de Física 2- FIS1041 da PUCRIO - 2018.1

Considere um cilindro contendo um mol de gás monoatômico tampado por um êmbolo imerso em uma mistura de água e gelo (ver figura). O êmbolo é rapidamente empurrado para baixo até a posição 2 através de um processo adiabático, reduzindo o volume do gás a um terço do volume inicial. É mantido nessa posição até que o gás volte ao equilíbrio térmico com a mistura de gelo e água. Em seguida o êmbolo é levantado até a posição inicial através de uma transformação isotérmica (ver diagrama da figura). Calcule:

1. a temperatura do gás assim que o êmbolo chegar à posição 2;
2. quanto gelo derrete no processo até o gás voltar ao equilíbrio térmico, com o êmbolo na posição 2;
3. o trabalho feito pelo gás na expansão isotérmica;
4. a quantidade total de gelo que foi derretida no processo inteiro;
5. a variação de entropia do sistema gás-água-gelo.

Uma quantidade de gás oxigênio (O2) é submetida a processos termodinâmicos do estado inicial até o estado final por duas trajetórias distintas e indicadas na figura. A temperatura no ponto é . O gráfico abaixo, à direita, mostra o calor específico molar do oxigênio em função da temperatura.

1. Determine o número de moléculas por cm3 no estado inicial.

No processo ac determine:

2. a variação da energia interna do gás;
3. o trabalho realizado pelo gás e a energia adicionada ao gás na forma de calor.

No processo abc determine:

4. o calor necessário para que o gás vá de até ao longo da trajetória .

Suponha que de um gás ideal monoatômico ( ) descreva um ciclo de Carnot que opera com entre as temperaturas de de (ver figura). A pressão em é . O volume é 2 vezes o volume .

1. Calcule o volume nos pontos do diagrama da figura.
2. Determine o trabalho realizado, o calor recebido e a variação da energia interna do gás, para cada processo e preencha a tabela (reproduza a tabela no caderno de respostas).
3. O ciclo considerado descreve uma máquina térmica ou um refrigerador? Justifique.
4. Calcule a eficiência (se for máquina), ou coeficiente de desempenho (se for refrigerador).
5. Obtenha a variação de entropia do gás em cada etapa do ciclo e represente o ciclo num diagrama (temperatura em função da entropia), identificando os estados .