P1 de Física III da UFF - 2013.2

​A figura a seguir mostra, em escala, o diagrama que descreve dois processos, e , que uma certa amostra de gás ideal pode sofrer a partir do mesmo estado inicial . O processo leva o gás para o estado final , enquanto o processo o leva ao estado final . Os estados 2 e 3 apresentam a mesma temperatura.

Considere: A variação de energia interna do gás, , o calor recebido pelo gás, , e o trabalho realizado sobre o gás, . A comparação correta dos valores dessas grandezas (dos valores com o sinal, não dos módulos dos valores!) nos dois caminhos é

Para a variação de energia:

Para o trabalho realizado sobre o gás

Para o calor recebido pelo gás

Para aumentar em ​ a temperatura de uma amostra de gás ideal, são necessários de calor quando o gás é mantido a volume constante, e quando o gás é mantido a pressão constante. Dados:

Qual é a constante adiabática deste gás?

Essa quantidade de gás corresponde a quantos moles?

. 

​

​A figura mostra, num diagrama , transformações de de gás nitrogênio () em um reservatório selado. A temperatura do gás no estado é , ou . A constante de gás ideal é , e o peso atômico do nitrogênio é igual a.

Quais são, respectivamente, a pressão do gás no estado , em unidades de , e a temperatura no estado , em °?

Uma ordenação correta das temperaturas corresponde a:

​Água flui da esquerda para a direita através do tubo horizontal mostrado na figura a seguir. No ponto , a área da seção reta vale e a velocidade da água é . No ponto a área vale . Nos tubos verticais que estão em contato com o horizontal a água está em repouso e em contato com a atmosfera nas suas extremidades superiores. A altura da coluna vertical de água no interior do tubo do lado direito é de enquanto a do lado esquerdo, , será determinada a seguir. Considere que a densidade da água vale Considere .

Qual a velocidade da água no ponto , em ?

A pressão no ponto se relaciona com a no ponto C de acordo com

Quanto vale, em , a altura ?

​Uma amostra com de um gás ideal diatômico, , é submetida a um processo cíclico, Inicialmente, , o gás ocupa um volume de à temperatura de e então é comprimido adiabaticamente até atingir o volume de , ponto . Em seguida, o gás é aquecido a pressão constante até retornar ao volume inicial, . Finalmente o gás retorna ao ponto em um processo no qual o volume é mantido constante.

Determine os valores de pressão, volume e temperatura remanescentes nos pontos completando a tabela a seguir.

Faça um esboço do processo no plano .

Preencha a tabela com os valores determinados para o calor trocado e o trabalho realizado em cada trecho do processo cíclico, tomando os sinais positivos como os correspondentes a calor recebido e a trabalho realizado pelo gás e negativos em casos opostos.

Qual é a eficiência de uma máquina térmica que opere com esse processo cíclico?