3º EE de Física 2 da UFPE - 2014.2

Uma amostra de gás passa pelo ciclo mostrado no diagrama da figura abaixo. O trabalho realizado no ciclo é . Ao longo da trajetória a variação da energia interna é e o trabalho realizado é Ao longo da trajetória o calor absorvido pelo gás é . Podemos afirmar que o calor transferido nas trajetórias são, respectivamente:

a) ;

b) ;

c) ;

d) ;

e)

A figura abaixo é o diagrama do ciclo de uma máquina que faz uso de de um gás ideal monoatômico. Os processos são adiabáticos, enquanto são processos a pressão constante (isobáricas). Sejamas temperaturas nos estados , respectivamente. Para as questões abaixo, expresse seu resultado em termos das temperaturas, da constante dos gases, , e do número de moles, .

1. Calcule o calor trocado em cada etapa do ciclo e o trabalho total realizado no ciclo.
2. Calcule a eficiência de uma máquina operando neste ciclo fazendo uso de um gás ideal.
3. Calcule a variação da entropia do gás em cada etapa do ciclo.

Considere as seguintes afirmativas:

I. Na expansão livre de um gás ideal, que passa de um volume para um volume , a temperatura e a energia interna permanecem as mesmas, mas a entropia aumenta;

II. Na expansão lenta de um gás ideal ao longo de uma isoterma não há troca de calor e a entropia permanece constante;

III. Quando dois corpos inicialmente em temperaturas diferentes são colocados em contato térmico, mantidos isolados do resto do universo, o calor total trocado entre os corpos é nulo e a entropia não varia;

IV. Na expansão lenta de um gás ideal ao longo de uma adiabática não há troca de calor e a entropia do gás permanece constante;

V. A passagem de um sistema isolado de um estado de menor entropia para outro de maior entropia é um processo irreversível;

Podemos afirmar que são verdadeiras as afirmativas:

O bloco de material condutor térmico da figura abaixo tem a forma de um paralelepipedo de base quadrada de lado e comprimento . Este bloco é usado para conduzir calor entre dois reservatórios térmicos com temperaturas . Considere as duas configurações em que o bloco pode ser usado, conforme mostrado na figura.

A razão entre as potências térmicas conduzidas para as configurações dada por , vale:

Considere o ciclo mostrado na figura abaixo em que um gás ideal passa pelos estados . Em quais etapas o gás cede calor, isto é, ?

Um cilindro de paredes adiabáticas é dividido em duas partições por um pistão móvel de área , também adiabático. As partições são preenchidas por moles do gás 1 e moles do gás 2, respectivamente. Ambos os gases são ideais e monoatômicos. A base do cilindro contendo o gás 1 é condutora térmica e encontra-se em contato com um reservatório térmico à temperatura , conforme indicado na figura abaixo. Inicialmente o pistão encontra-se em equilíbrio no centro do cilindro, dividindo-o em dois volumes iguais a :

1. Determine a temperatura inicial do gás 1 e do gás 2.
2. Suponha agora que o pistão é deslocado lentamente por um agente externo até reduzir o volume do gás 2 à metade (). Qual a força exercida pelo agente externo na situação final deste processo?
3. Calcule o calor total recebido pelo gás 1 para o processo descrito no ítem (b).

Em um ciclo completo uma máquina de Carnot operando entre as temperaturas constantes de e realiza o trabalho . O calor absorvido e rejeitado pela máquina, denotados e são iguais a:

1. ,
2. ,
3. ,
4. ,
5. ,