4a Lista de Exercícios

1. Qual é a variação líquida na energia e no volume num ciclo completo?

2. Por que nós escrevemos 1Q2 e 1W2 se utilizamos

∆

E, ou E2-E1 para denominar a variação

de energia total num processo?

3. Um automóvel com massa de 1200 kg é acelerado de 30 a 50 km/h em 5 segundos.

Determine o trabalho realizado sobre o automóvel. Admita que o mesmo automóvel é

acelerado de 50 a 70 km/h em 5 segundos. O trabalho realizado é o mesmo da questão

anterior?

4. Um guindaste utiliza 2 kW para levantar uma caixa de 100 kg a uma altura de 20 m. Qual

é o tempo necessário para realizar tal operação.

5. A chama de um fogão transfere 325 W para a água que está fervendo numa panela.

Determine a taxa de vaporização da água em kg/s, considerando que o processo ocorre a

pressão constante.

6. Um sistema recebe 100 W de calor e, ao mesmo tempo, realiza 100 W de trabalho. O

estado termodinâmico do sistema varia neste processo?

7. Considere 2 kg de água líquida a 20°C e 100 kPa como sistema. Transfere-se 20 kJ de

energia para o sistema num processo a pressão constante. Qual é a temperatura final da água

se toda a energia for utilizada para aumentar a energia interna? Qual é a velocidade que o

sistema pode atingir se os 20 kJ são utilizados para acelerar a massa num plano horizontal?

Qual é a altura que pode ser alcançada se os 20 kJ são utilizados para levantar a massa no

campo gravitacional padrão?

8. Considere 2 kg de água como sistema. Inicialmente, a temperatura e o título são iguais a

120°C e 0,25. A temperatura da água é aumentada 20°C num processo isocórico. Determine

o título e a energia interna específica no estado final deste processo.

9. Considere 2 kg de água como sistema. Inicialmente, a temperatura e o título são iguais a

120 °C e 0,25. A temperatura da água é aumentada 20 ºC num processo isobárico. Determine

a variação de entalpia detectada neste processo.

10. Ar é aquecido de 300 a 350 K num processo que ocorre a volume constante. Determine a

transferência de calor específica neste processo. Qual é a transferência de calor específica se o

ar é aquecido de 1300 a 1350 K noutro processo que também ocorre a volume constante?

11. Considere uma amostra de nitrogênio com massa de 3 kg. Inicialmente, a temperatura na

amostra é uniforme e igual a 2000 K. Transfere-se calor da amostra, a uma taxa de 500 W,

num processo isocórico. Qual é o dT/dt detectado na amostra neste processo?

12. Um automóvel apresenta área frontal de 2 m2 e se desloca a 80 km/h. A força de arrasto

aerodinâmico no automóvel é dada por Fd = 0,225

.A.V2. Qual é a potência necessária para

Prof. Sandro Metrevelle M. de Lima e Silva

Instituto de Engenharia Mecânica - IEM

Campus Prof. José Rodrigues Seabra, Av. BPS 1303

Itajubá, MG, Brasil, Fone 3629-1238

metrevel@unifei.edu.br

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Lista de Exercícios

Qual é a variação líquida na energia e no volume num ciclo completo?

2. Por que nós escrevemos 1 Q 2 e 1 W 2 se utilizamos ∆ E, ou E 2 - E 1 para denominar a variação

de energia total num processo?

Um automóvel com massa de 1200 kg é acelerado de 30 a 50 km/h em 5 segundos. Determine o trabalho realizado sobre o automóvel. Admita que o mesmo automóvel é acelerado de 50 a 70 km/h em 5 segundos. O trabalho realizado é o mesmo da questão anterior?
Um guindaste utiliza 2 kW para levantar uma caixa de 100 kg a uma altura de 20 m. Qual é o tempo necessário para realizar tal operação.
A chama de um fogão transfere 325 W para a água que está fervendo numa panela. Determine a taxa de vaporização da água em kg/s, considerando que o processo ocorre a pressão constante.
Um sistema recebe 100 W de calor e, ao mesmo tempo, realiza 100 W de trabalho. O estado termodinâmico do sistema varia neste processo?
Considere 2 kg de água líquida a 20°C e 100 kPa como sistema. Transfere-se 20 kJ de energia para o sistema num processo a pressão constante. Qual é a temperatura final da água se toda a energia for utilizada para aumentar a energia interna? Qual é a velocidade que o sistema pode atingir se os 20 kJ são utilizados para acelerar a massa num plano horizontal? Qual é a altura que pode ser alcançada se os 20 kJ são utilizados para levantar a massa no campo gravitacional padrão?
Considere 2 kg de água como sistema. Inicialmente, a temperatura e o título são iguais a 120°C e 0,25. A temperatura da água é aumentada 20°C num processo isocórico. Determine o título e a energia interna específica no estado final deste processo.
1. Considere 2 kg de água como sistema. Inicialmente, a temperatura e o título são iguais a 120 °C e 0,25. A temperatura da água é aumentada 20 ºC num processo isobárico. Determine a variação de entalpia detectada neste processo.
Ar é aquecido de 300 a 350 K num processo que ocorre a volume constante. Determine a transferência de calor específica neste processo. Qual é a transferência de calor específica se o ar é aquecido de 1300 a 1350 K noutro processo que também ocorre a volume constante?
Considere uma amostra de nitrogênio com massa de 3 kg. Inicialmente, a temperatura na amostra é uniforme e igual a 2000 K. Transfere-se calor da amostra, a uma taxa de 500 W, num processo isocórico. Qual é o dT/dt detectado na amostra neste processo?
Um automóvel apresenta área frontal de 2 m^2 e se desloca a 80 km/h. A força de arrasto

aerodinâmico no automóvel é dada por Fd = 0,225 ρ .A.V^2. Qual é a potência necessária para

Prof. Sandro Metrevelle M. de Lima e Silva Instituto de Engenharia Mecânica - IEM Campus Prof. José Rodrigues Seabra, Av. BPS 1303 Itajubá, MG, Brasil, Fone 3629- metrevel@unifei.edu.br

realizar este movimento? Determine, nas condições propostas, o módulo da força que atua nos pneus do automóvel.

O macaco hidráulico de um posto de gasolina levanta um automóvel que apresenta massa igual a 1750 kg. O curso do pistão do macaco é 1,8 m e a pressão na seção de descarga da bomba hidráulica que aciona o macaco é sempre igual a 800 kPa. Determine o aumento de energia potencial do automóvel e o volume de óleo que foi bombeado para o conjunto cilindro-pistão deste macaco.
Um conjunto cilindro-pistão aciona o martelo (massa de 25 kg) de uma máquina de forja. O movimento do martelo é vertical com sentido para baixo. A velocidade do martelo na posição superior do curso é nula e na posição inferior é 50 m/s. Sabendo que o curso do martelo é igual a 1 m, determine a variação de energia total do martelo numa operação do conjunto cilindro-pistão.
Um porta-aviões utiliza uma catapulta movida a vapor d'água para ajudar a decolagem de aviões. A catapulta deste porta-aviões pode ser modelada como um conjunto cilindro-pistão que apresenta pressão média durante a operação igual a 1250 kPa. Admita que um avião, com massa de 17500 kg, deve ser acelerado do repouso até 30 m/s. Determine o volume interno do conjunto cilindro-pistão necessário para esta operação sabendo que a catapulta fornece 30% da energia necessária para a decolagem.
Resolva novamente o Problema 15, mas considere que a pressão do vapor no conjunto cilindro-pistão varia linearmente de 1000 kPa (início da operação da catapulta) até 100 kPa (fim da operação).
Um vaso rígido contém 0,75 kg de água. Inicialmente, a temperatura e a pressão são iguais a 300 °C e 1200 kPa. A água é então resfriada até que a pressão atinja 300 kPa. Determine a temperatura no estado final do processo, o trabalho realizado e o calor transferido no processo descrito.
Um conjunto cilindro-pistão, que não apresenta atrito, contém 2 kg de vapor superaquecido de refrigerante R-134a a 100°C e 350 kPa. O conjunto é. então, resfriado a pressão constante até que o refrigerante apresente título igual a 75%. Calcule a transferência de calor neste processo.
Um tanque rígido e estanque, com volume de 150 litros, contém água a 100°C e título de 90%. O tanque é então resfriado até -10 o^ C. Calcule o calor transferido neste processo.
Um conjunto cilindro-pistão contém 1 kg de água. Inicialmente, a temperatura da água e o volume interno do conjunto são iguais a 20°C e 0,1 m^3. O pistão então é travado e transfere-se calor à água até que o estado de vapor saturado seja atingido. Determine a temperatura da água no estado final e o calor transferido no processo.
Um cilindro rígido, com volume de 0,1 litros, contém água no ponto crítico. Determine a transferência de calor necessária para que a temperatura da água no cilindro atinja 20°C.
O vaso rígido mostrado na figura abaixo, inicialmente contém 2 kg de água a 120°C e título igual a 0,25. A água é então aquecida até que a temperatura atinja 140°C. Qual é o trabalho e o calor transferido neste processo? Observe que a válvula está fechada.

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Lista de Exercícios

2. Por que nós escrevemos 1 Q 2 e 1 W 2 se utilizamos ∆ E, ou E 2 - E 1 para denominar a variação

aerodinâmico no automóvel é dada por Fd = 0,225 ρ .A.V^2. Qual é a potência necessária para