Termodinâmica 1: exercícios e questões de prova

A primeira lei, gases ideais, balanços de energia e os limites da segunda lei para máquinas térmicas, refrigeradores e bombas de calor. A maioria dos erros de prova vem das unidades e das temperaturas, não da física.

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Tópicos desta disciplina

  1. Lei dos gases ideaisP a partir de n, V, T · a partir da massa · mudança de estado ou massa específicacálculos
  2. Balanço de energiaaquecimento de uma corrente · trocador de calor · trocador com perda de calorcálculos
  3. Máquinas térmicas e refrigeradoresprimeira lei de um ciclo · limite de Carnot · refrigeradores e bombas de calorcálculos
  4. Ciclos de potência a gásciclo Otto · ciclo Diesel · ciclo Braytoncálculos

Dicas de prova para Termodinâmica 1

  • Use temperaturas absolutas (K) nas leis dos gases e em toda fórmula de Carnot ou de COP.
  • Escreva primeiro o balanço de energia em palavras: o que entra menos o que sai é igual à variação.
  • Entre as mesmas duas temperaturas, o COP de uma bomba de calor é sempre exatamente 1 maior que o de um refrigerador.

Exemplos resolvidos

Lei dos gases ideaisFácil
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

Um tanque rígido contém um gás ideal. Encontre sua pressão P.

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8,314 J/(mol·K)

Calcule P (kPa)

Mostrar dicas
  1. Use PV = nRT com temperatura absoluta (K).
  2. Unidades: com V em m³ e R = 8,314, P sai em Pa. 1 L = 0,001 m³.
  3. T = 303,1 K.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

Lei dos gases ideais: PV = nRT, com temperatura absoluta (K) e unidades compatíveis com R.

Converta as unidades

T = 30 + 273,15 = 303,1 K
V = 15 L = 0,015 m³

Lei dos gases ideais

P = nRT/V = 5·8,314·303,1/0,015 = 840130 Pa = 840,1 kPa

Resposta

P = 840,1 kPa
Balanço de energiaMédia
lado quentelado friomistura de glicol · 150 °C120 °Cágua · 15 °Ct = ? °C

mistura de glicol quente resfria água em um trocador de calor em contracorrente sem perda de calor. Encontre a temperatura de saída da água tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Calcule tout (°C)

Mostrar dicas
  1. O calor perdido pela corrente quente é igual ao calor ganho pela corrente fria.
  2. Encontre Q pelo lado quente primeiro, pois você conhece as duas temperaturas dele.
  3. Q = 108 kW.
Mostrar a resposta e a solução passo a passo

Balanço de energia do trocador: sem perdas, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Calor liberado pela corrente quente

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Calor absorvido pela água

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Resposta

tout = 40,84 °C

Como a prática funciona

  • “Praticar esta disciplina” mistura exercícios de todos os seus tópicos, como numa prova de verdade.
  • Cada exercício tem valores novos, então você aprende o método em vez de decorar uma resposta.
  • Travou? Abra primeiro uma dica pequena, e a explicação completa só quando precisar.
  • Os exames simulados são cronometrados e não têm dicas; no final você recebe sua nota e uma revisão completa.

Calculadoras para esta disciplina

Calculadora de rendimento de Carnot e COPCalculadora da lei dos gases ideaisCalculadora de rendimento dos ciclos Otto e BraytonCalculadora da lei geral dos gases (Boyle, Charles e Gay-Lussac)

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