Banco de questões: Termodinâmica: Transformações Térmicas

Uma empresa de refrigeração desenvolveu um protótipo de geladeira mais eficiente e sustentável. Para isso, utilizou um gás em uma câmara de expansão térmica no ciclo de seu funcionamento. Inicialmente, o gás passa por um processo de aquecimento isocórico, no qual sua temperatura aumenta de 10°C para 40°C. Após essa etapa, o gás sofre uma compressão adiabática até atingir metade de seu volume inicial. Considere um gás ideal e com capacidade calorífica molar específica, Cv = 20 J/(mol*K). Com base nessas informações: a) Calcule a variação de energia interna do gás durante o aquecimento isocórico. b) Determine a relação entre a pressão final e a pressão inicial do gás após a compressão adiabática. c) Se a geladeira utiliza uma quantidade de gás de 1 mol, calcule o trabalho realizado dentro do ciclo completo de funcionamento.

Um cilindro com um pistão móvel contendo um gás ideal passa por uma transformação termodinâmica, onde a pressão do gás é reduzida à metade do seu valor inicial, mantendo-se o volume constante. Considerando que não há troca de calor com o ambiente durante o processo, aplique a primeira lei da termodinâmica para determinar a variação de energia interna do gás durante essa transformação. Utilize o fato de que a energia interna de um gás ideal depende apenas da temperatura e da quantidade de gás.

Uma amostra de gás ideal realiza um ciclo termodinâmico composto por duas transformações. A primeira transformação é uma expansão isotérmica a partir de um volume inicial de 2,0 m^3 até um volume final de 4,0 m^3, sob a ação de uma fonte de calor que mantém a temperatura constante a 300 K. Durante a expansão, o gás realiza um trabalho de 400 J. A segunda transformação é uma compressão adiabática, na qual o gás é comprimido até seu volume inicial. Para a compressão adiabática, sabe-se que a razão entre os calores específicos do gás (Cp/Cv) é igual a 5/3. Despreze os efeitos da gravidade e considere que o gás ideal se comporta de acordo com a equação PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é a quantidade de matéria do gás, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura do gás. Sabendo que a constante dos gases ideais R = 8,31 J/(mol·K), calcule: 1) O trabalho realizado pelo gás na compressão adiabática. 2) A variação de energia interna do gás para o ciclo completo, assumindo que a energia interna do gás na expansão isotérmica é a mesma que na compressão adiabática.