Lista de Exercício 1

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Lista de Exercícios Propostos 1 
TERMODINÂMICA 
 
Lista de Exercícios de Propostos 1 
 
Para as questões 01, 02 e 03: 
Em uma transformação isotérmica, mantida a 127 °C, o volume de certa quantidade de 
gás, inicialmente sob pressão de 2,0 atm, passa de 10 para 20 litros. Considere a constante 
dos gases R igual a 0,082 atm∙ℓ/mol∙K. 
01. Tendo em vista a transformação gasosa acima descrita, assinale o que for correto: 
A) O produto nR varia entre 0,10 atm∙ℓ/K e 0,050 atm∙ℓ/K. 
B) Como a temperatura permaneceu constante, o sistema não trocou calor com o meio 
ambiente. 
C) A densidade do gás permaneceu constante. 
D) A quantidade de calor recebida é igual ao trabalho realizado pelo gás na expansão. 
E) O produto nR tem um valor constante de 50 atm∙cm3/K. 
Resp.: D 
 
02. Tendo em vista a transformação gasosa acima descrita, assinale o que for incorreto: 
A) A densidade final do gás foi de 50% do valor inicial. 
B) Na transformação, a densidade do gás é diretamente proporcional à pressão. 
C) A energia interna permaneceu constante. 
D) O sistema não trocou calor com o meio ambiente. 
E) O produto nR tem um valor constante de 50 atm∙R/K. 
Resp.: D 
 
 
 
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03. Tendo em vista a transformação gasosa acima descrita, assinale o que for correto: 
A) A densidade do gás permaneceu constante. 
B) A pressão final do gás foi de 1,0 atm. 
C) A energia interna aumentou. 
D) O produto nR tem um valor constante de 0,050 atm∙ℓ/K. 
E) A quantidade de calor trocado e o trabalho realizado são ambos nulos. 
Resp.: B 
 
04. Numa transformação de um gás perfeito, os estados final e inicial acusaram a mesma 
energia interna. Certamente: 
a) a transformação foi cíclica. 
b) a transformação foi isotérmica. 
c) não houve troca de calor entre o gás e o ambiente. 
d) são iguais as temperaturas dos estados inicial e final. 
e) não houve troca de trabalho entre o gás e o meio. 
Resp.: d 
 
05. Um astronauta pesa 180 lbf na Terra, onde g = 32,2 ft/s². Qual o peso do astronauta, em 
lbf, aproximadamente, em uma estação espacial em órbita, onde a aceleração da gravidade é 
19,7 ft/s²? 
Resp.: 110 
 
06. Um gás ocupa um volume de 25 ft³ e pesa 4,5 lbf na Lua, onde a aceleração da gravidade 
é de 5,47 ft/s². Considere: 1 lbf = 32,2 lb∙ft/s². Determine o seu peso, em lbf, em Marte, onde a 
aceleração da gravidade é de 12,86 ft/s². 
Resp.: 10,58 
 
07. Um gás ocupa um volume de 45 ft³ e pesa 2,5 lbf na Lua, onde a aceleração da gravidade 
é de 5,47 ft/s². Considere: 1 lbf = 32,2 lb∙ft/s². Determine a sua massa específica, em lb/ ft³. 
Resp.: 0,33 
 
08. Em vários acidentes frontais severos de automóveis, uma desaceleração de 60g ou mais 
(1g = 32,2 ft/s²) frequentemente resulta em fatalidade. Qual a força, em lbf, age sobre uma 
criança cuja massa é 50 lb, quando está sujeita a essa desaceleração? 
Resp.: 3.000 
 
09. Um instrumento simples para medir a aceleração da gravidade emprega uma mola linear 
por meio da qual uma massa é suspensa. A mola se distende de 1,20 in em um local da Terra 
onde a aceleração da gravidade é g = 32,2 ft/s². Se a mola se distende em 0,48 in quando o 
instrumento se encontra em Marte, qual é a aceleração da gravidade marciana? 
Resp.: 12,86 ft/s² 
 
10. Um instrumento simples para medir a aceleração da gravidade emprega uma mola linear 
por meio da qual uma massa é suspensa. A mola se distende de 0,47 in em um local da Terra 
onde a aceleração da gravidade é g = 32,2 ft/s². Qual seria a distensão da mola na Lua, onde 
g = 5,47 ft/s²? 
Resp.: 0,08 in 
 
 
 
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11. A pressão da água em um encanamento geral de água localizado no nível da rua pode ser 
insuficiente para que a água alcance os andares superiores de edifícios altos. Nesse caso, a 
água pode ser bombeada para cima em direção a um tanque que abastece o edifício de água 
por gravidade. Para um tanque de armazenamento aberto, no topo de um edifício de 360 ft de 
altura. Determine a pressão, em lbf/in², no fundo do tanque quando contém água até uma 
profundidade de 16 ft. A massa específica da água é de 62,2 lb/ft³, a aceleração da gravidade é 
g = 32,2 ft/s² e a pressão atmosférica local é de 14,7 lbf/in². 
Resp.: 21,61 
 
12. Um conjunto cilindro-pistão vertical, como ilustrado na figura, contendo um gás é colocado 
sobre uma fonte térmica. O pistão inicialmente repousa sobre os batentes. Com o início do 
aquecimento, a pressão do gás aumenta. Em que pressão, em bar, o pistão começa a subir? 
Considere que o pistão se move suavemente no cilindro, 1 bar = 100 kPa e g = 9,81 m/s². 
 
 Resp.: 1,59 
 
13. Considere a transferência de calor, em regime permanente, de uma sala a 20 °C para o 
ambiente externo, que se encontra a – 10 °C. A variação de temperatura com a distância, 
medida a partir da superfície externa do vidro. Observe que existe uma transferência de calor 
por convecção na superfície externa do vidro e que a temperatura na superfície interna do vidro 
é igual àquela no ambiente interno. A espessura do vidro (k = 1,4 W/m∙K) é 6 mm e a área da 
janela é igual a 0,8 m². Sabendo que a temperatura na face externa da janela é igual a 12,8 °C, 
determine a taxa de transferência de calor no vidro. 
Resp.: - 1344 W 
 
14. Considere a transferência de calor, em regime permanente, de uma sala a 20 °C para o 
ambiente externo, que se encontra a – 10 °C. A variação de temperatura com a distância, 
medida a partir da superfície externa do vidro. Observe que existe uma transferência de calor 
por convecção na superfície externa do vidro e que a temperatura na superfície interna do vidro 
é igual àquela no ambiente interno. A área da janela é igual a 0,8 m². O vento provoca um 
coeficiente de transferência de calor por convecção na superfície externa do vidro igual a 110 
W/m²∙K. Sabendo que a temperatura na face externa da janela é igual a 12,1 °C, determine a 
taxa de transferência de calor para o ambiente externo por convecção na janela. 
Resp.: 1945 W 
 
15. Um sistema fechado que consiste em um gás que sofre um processo durante o qual a 
relação entre a pressão e o volume é dada por p∙Vn = constante. O processo se inicia com 
p1 = 22 lbf/in², V1 = 14 ft³ e termina com p2 = 110 lbf/in² e V2 = 2,5 ft³. Determine o valor de n. 
Resp.: 0,93 
 
 
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16. Um sistema fechado consiste em 5 kg de um gás e sofre um processo durante o qual a 
relação entre a pressão e o volume específico é dada por p∙v1,3 = constante. O processo se 
inicia com p1 = 1,3 bar, v1 = 0,5 m³/kg e termina com p2 = 0,23 bar. Determine o volume final, 
em m³. 
Resp.: 9,47 
 
17. Um gás, num conjunto pistão-cilindro, passa por um processo de expansão para o qual a 
relação entre a pressão e o volume é dada por: p∙Vn = constante. Sendo os dados iniciais: 
pi = 3,2 bar, Vi = 0,4 m
3 e os dados finais: Vf = 0,5 m
3. Determine o trabalho para n = 1,2. 
Resp.: 27,93 kJ 
 
18. Um gás, num conjunto pistão-cilindro, passa por um processo de expansão para o quala 
relação entre a pressão e o volume é dada por: p∙Vn = constante. Sendo os dados iniciais: 
pi = 2 bar, Vi = 0,1 m
3 e os dados finais: Vf = 0,3 m
3. Determine o trabalho para n = 1,0. 
Resp.: 21,97 kJ 
 
19. Um gás, num conjunto pistão-cilindro, passa por um processo de expansão para o qual a 
relação entre a pressão e o volume é dada por: p∙Vn = constante. Sendo os dados iniciais: 
pi = 2,5 bar, Vi = 0,4 m
3 e os dados finais: Vf = 0,6 m
3. Determine o trabalho para n = 0,0. 
Resp.: 50,0 kJ 
 
20. Uma massa de 5 kg de gás está contida dentro de um conjunto pistão-cilindro. O gás 
passa por um processo no qual a relação pressão/volume é: p∙V = constante. 
A pressão inicial é de 4 bar, o volume inicial é 0,l m3 e o volume final é 0,2 m3. A variação da 
energia interna específica do gás é u2 - u1 = - 4,6 kJ/kg. As variações de energias cinética e 
potencial são desprezíveis. Determine o calor líquido transferido para o gás durante o 
processo. 
Resp.: 4,72 kJ 
 
21. Para o propano a pressão de 7 MPa e a temperatura de 150 °C, utilizando o diagrama de 
compressibilidade generalizado, tem-se: R = 0,18855 kJ/kg∙K e Z = 0,543. Pode-se, então, 
concluir que a diferença entre os valores do volume específico do propano fornecido pela 
equação de estado dos gases perfeitos e o indicado pelo diagrama de compressibilidade é, 
aproximadamente, igual a: 
Resp.: 0,00543 
 
22. Para um fluido refrigerante a pressão de 3 MPa e a temperatura de 100 °C, utilizando o 
diagrama de compressibilidade generalizado, tem-se: R = 81,49 J/kg∙K e Z = 0,67. Pode-se, 
então, concluir que a diferença entre os valores do volume específico do fluido fornecido pela 
equação de estado dos gases perfeitos e o indicado pelo diagrama de compressibilidade é, 
aproximadamente, igual a: 
Resp.: 0,00335 
 
23. Sobre um sistema, realiza-se um trabalho de 5.000 J e, em resposta, quando ele fornece 
1.000 cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo. Considere 1,0 cal = 4,0 J. A variação 
de energia interna do sistema, durante esse processo, aproximadamente, é: 
Resp.: 1000 J 
 
24. O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo 
combustível é um gás. Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q1) de 
uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q2) para uma fonte fria, sendo a 
eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q1. 
 
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25. Um sistema constituído por certa massa gasosa sofre quatro transformações sucessivas, 
AB, BC,CDe DA, conforme mostra o diagrama p x V na figura. 
Assinale a proposição CORRETA. 
 
 
26. Um sistema fechado, inicialmente em equilíbrio na superfície da terra passa por um 
processo no qual recebe 180 Btu (líquido) na forma de trabalho. Durante o processo o sistema 
perde para a vizinhança 30 Btu (líquido) na forma de calor. No final do Processo, o sistema 
está a uma velocidade de 100 ft/s e a uma altitude de 300 ft. A massa do sistema é de 20 lbm e 
a aceleração local da gravidade é 32,0 ft/s2. Considerando que 1 lbm∙ft2/s2 = 3,99 x 10-5 Btu. 
Determine a variação da energia interna do sistema. 
Resp.: 138,35 Btu 
 
 
27. Considere 8 kg de vapor d'água contidos dentro de um conjunto pistão-cilindro. O vapor 
passa por uma expansão a partir do estado (1), onde a sua energia específica interna 
u1 = 2709,9 kJ/kg, até o estado (2) onde u2 = 2659,6 kJ/kg Durante o processo ocorre 
transferência de 48,6 kJ de energia na forma de calor, para o vapor. Ocorre também a 
transferência de 19 kJ na forma de trabalho, através de uma hélice. Não há variação 
significativa de energia cinética e potencial do vapor. Determine o trabalho realizado pelo vapor 
sobre o pistão, durante o processo. 
Resp.: 470 kJ 
 
Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, recebe um 
calor Q1 igual a 5,0 x 10
4
 J com uma eficiência de 
60%, foi adquirida por certa indústria. Em relação a 
essa máquina, conclui-se que os valores do trabalho 
realizado W, de Q2 e da variação da energia interna do 
gás são, respectivamente: 
Resp.: 3,0 x 10
4
 J; 2,0 x 10
4
 J; zero 
 
a) Na transformação AB, o calor que o sistema 
absorveu foi menor do que o trabalho que ele 
realizou. 
b) A energia interna do sistema no estado 
C é menor do que no estado A. 
c) Na transformação DA o sistema 
absorveu calor do meio externo. 
d) Na transformação AB houve diminuição da 
energia interna do sistema. 
e) Na transformação AB o sistema 
absorveu calor do meio ambiente. 
 Resp.: e 
 
 
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28. Um alimentador de água quente que opera em Regime Permanente tem duas entradas e 
uma saída. Na entrada (1), o vapor d'água entra a p1 = 7 bar e T1 = 200 °C, com um fluxo de 
massa ṁ1 = 50 kg/s. Na entrada (2), a água líquida entra na pressão p2 = 7 bars, volume 
específico igual a ν2 = 1,0078 x 10
-3 m³/kg e temperatura T2 = 40 °C, através de uma área 
A2 = 45 cm
2. Pela única saída (3), o líquido saturado escoa com uma vazão (fluxo volumétrico) 
de VA = 0,08 m3/s e volume específico igual a ν3 = 1,108 x 10
-3 m³/kg. Determine a velocidade 
na entrada (2), em m/s. 
Resp.: 4,97 m/s 
 
29. Um décimo de milímetro de óleo de cozinha é colocado na câmera de um calorímetro a 
volume constante com oxigênio suficiente para que o óleo seja completamente queimado. A 
câmara se encontra imersa em um banho de água, cuja massa é de 3,25 kg. Para atingir o 
objetivo desta análise as partes de metal do aparato são modeladas como equivalente a um 
adicional de 0,5 kg de água. O calorímetro é perfeitamente isolado, e inicialmente está a 
25,1 °C. O óleo é inflamado eletricamente. Quando o equilíbrio é alcançado de novo, a 
temperatura é de 25,7 °C. Considerando que o calor específico da água seja ca = 4,19 kJ/kg∙K. 
Se uma colher de sopa de cozinha possui 15 ml, determine a variação de energia interna, 
aproximadamente, dos conteúdos, em kcal, por colher de sopa de óleo de cozinha. 
Resp.: 337,5 
 
30. Considere 3 lb de água em um dado estado definido por uma pressão igual a 14,7 lbf/in² e 
uma temperatura de 250 °F. Sendo o seu volume específico igual a 28,42 ft³/lb e sua energia 
interna específica igual a 1091,5 Btu/lb nessa temperatura. Pode-se estimar sua entalpia, em 
Btu, igual a: 
Resp.: 3506