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Termodinâmica


Termodinâmica

A descoberta de meios para utilização de fontes de energia diferentes da que os animais forneciam foi o que determinou a possibilidade da revolução industrial. A energia pode se apresentar na natureza sob diversas formas, mas, exceto no caso da energia hidráulica e dos ventos, deve ser transformada em trabalho mecânico por meio de máquinas, para ser utilizada pelo homem. A termodinâmica nasceu justamente dessa necessidade, e foi o estudo de máquinas térmicas que desenvolveu seus princípios básicos.

Termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações entre calor, temperatura, trabalho e energia. Abrange o comportamento geral dos sistemas físicos em condições de equilíbrio ou próximas dele. Qualquer sistema físico, seja ele capaz ou não de trocar energia e matéria com o ambiente, tenderá a atingir um estado de equilíbrio, que pode ser descrito pela especificação de suas propriedades, como pressão, temperatura ou composição química. Se as limitações externas são alteradas (por exemplo, se o sistema passa a poder se expandir), então essas propriedades se modificam. A termodinâmica tenta descrever matematicamente essas mudanças e prever as condições de equilíbrio do sistema.

Conceitos básicos da Termodinâmica 

No estudo da termodinâmica, é necessário definir com precisão alguns conceitos básicos, como sistema, fase, estado e transformação. Sistema é qualquer parte limitada do universo passível de observação e manipulação. Em contraposição, tudo o que não pertence ao sistema é denominado exterior e é dele separado por suas fronteiras. A caracterização de um estado do sistema é feita por reconhecimento de suas propriedades termodinâmicas. Chama-se fase qualquer porção homogênea de um sistema. O estado depende da natureza do sistema e, para ser descrito, necessita de grandezas que o representem o mais completamente possível. Denomina-se transformação toda e qualquer mudança de estado. Quando formada por uma sucessão de estados de equilíbrio, a transformação é dita reversível.


No estudo da termodinâmica, consideram-se alguns tipos particulares de transformações. A transformação isotérmica é a que se processa sob temperatura constante, enquanto a isobárica é aquela durante a qual não há variação de pressão do sistema. A transformação isométrica se caracteriza pela constância do volume do sistema, a adiabática pela ausência de trocas térmicas com o exterior e a politrópica pela constância do quociente entre a quantidade de calor trocado com o meio externo e a variação de temperatura. Conhecem-se ainda mais dois tipos de transformação -- a isentálpica e a isentrópica -- nas quais se observa a constância de outras propriedades termodinâmicas, respectivamente a entalpia (soma da energia interna com o produto da pressão pelo volume do sistema) e a entropia (função associada à organização espacial e energética das partículas de um sistema).


Existem muitas grandezas físicas mensuráveis que variam quando a temperatura do corpo se altera. Em princípio, essas grandezas podem ser utilizadas como indicadoras de temperatura dos corpos. Entre elas citam-se o volume de um líquido, a resistência elétrica de um fio e o volume de um gás mantido a pressão constante.


A equação de estado de uma substância sólida, líquida ou gasosa é uma relação entre grandezas como a pressão (p), a temperatura (t), a densidade (s) e o volume (v). Sabe-se, experimentalmente, que existem relações entre essas grandezas: em princípio, é possível obter uma função do tipo f (p, t, s, v) = 0. Nos casos mais gerais, essas funções são bastante complicadas. Uma forma de estudar as substâncias é representar graficamente a variação de uma grandeza com outra escolhida, estando todas as demais fixas.


Para gases a baixa densidade, podem-se obter equações de estado simples. Nesse caso, observa-se um comportamento geral, que é expresso pela relação:


PV = nRT


em que P é a pressão do gás, V o volume por ele ocupado, T a temperatura, n o número de moles do gás e R uma constante igual a 8,3149 J/kg.mol.K. Para gases de densidades mais elevadas, o modelo do gás ideal (ou perfeito) não é válido. Existem então outras equações de estado, empíricas ou deduzidas de princípios mais fundamentais, como a de van der Waals:

 p+ _a_   (v – b) = Rt
        




em que a e b são constantes a serem ajustadas para cada gás e v o volume específico molar v = V/n. 





Leis da termodinâmica


As principais definições de grandezas termodinâmicas constam de suas leis: a lei zero é a que define a temperatura; a primeira lei (calor, trabalho mecânico e energia interna) é a do princípio da conservação da energia; a segunda lei define entropia e fornece regras para conversão de energia térmica em trabalho mecânico e a terceira lei aponta limitações para a obtenção do zero absoluto de temperatura.







Lei zero





Embora a noção de quente e frio pelo contato com a pele seja de uso corrente, ela pode levar a avaliações erradas de temperatura. De qualquer forma, é da observação cotidiana dos corpos quentes e frios que se chega ao conceito de temperatura. Levando em conta essas observações, assim postulou-se a lei zero: se A e B são dois corpos em equilíbrio térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico um com o outro, ou seja, a temperatura desses sistemas é a mesma.







Primeira lei


A lei de conservação de energia aplicada aos processos térmicos é conhecida como primeira lei da termodinâmica. Ela dá a equivalência entre calor e trabalho e pode enunciar-se da seguinte maneira: "em todo sistema quimicamente isolado em que há troca de trabalho e calor com o meio externo e em que, durante essa transformação, realiza-se um ciclo (o estado inicial do sistema é igual a seu estado final), as quantidades de calor (Q) e trabalho (W) trocadas são iguais. Assim, chega-se à expressão W = JQ, em que J é uma constante que corresponde ao ajuste entre as unidades de calor (usada na medida de Q) e Joule (usada na medida de W). Essa constante é empregada na própria definição de caloria (1 cal = 4,1868J).


A primeira lei da termodinâmica pode ser enunciada também a partir do conceito de energia interna, entendida como a energia associada aos átomos e moléculas em seus movimentos e interações internas ao sistema. Essa energia não envolve outras energias cinéticas e potenciais, que o sistema como um todo apresenta em suas relações com o exterior.


A variação da energia interna DU é medida pela diferença entre a quantidade de calor (Q), trocado pelo sistema com seu exterior, e o trabalho realizado (W) e é dada pela expressão DU = K - W , que corresponde ao enunciado da lei da termodinâmica. É comum no estudo das transformações o uso da função termodinâmica da entalpia (H), definida pela relação H = U + pV, em que U é a energia interna, p é a pressão e V é o volume do sistema. Num processo em que só existe trabalho de expansão (como, por exemplo, na fusão sob pressão e temperatura constante), a entalpia é a medida do calor trocado entre o sistema e seu exterior.


A relação entre a variação DQ e o aumento correspondente de temperatura Dt , no limite, quando Dt tende a zero, é chamada capacidade calorífica do sistema:


C = DQ/Dt


O calor específico é igual à capacidade calorífica dividida pela massa do sistema:


C = 1 D Q / m D t


Tanto o calor específico quanto a capacidade calorífica do sistema dependem das condições pelas quais foi absorvido ou retirado calor do sistema.







Segunda lei 


A tendência do calor a passar de um corpo mais quente para um mais frio, e nunca no sentido oposto, a menos que exteriormente comandado, é enunciada pela segunda lei da termodinâmica. Essa lei nega a existência do fenômeno espontâneo de transformação de energia térmica em energia cinética, que permitiria converter a energia do meio aquecido para a execução de um movimento (por exemplo, mover um barco com a energia resultante da conversão da água em gelo).


De acordo com essa lei da termodinâmica, num sistema fechado, a entropia nunca diminui. Isso significa que, se o sistema está inicialmente num estado de baixa entropia (organizado), tenderá espontaneamente a um estado de entropia máxima (desordem). Por exemplo, se dois blocos de metal a diferentes temperaturas são postos em contato térmico, a desigual distribuição de temperatura rapidamente dá lugar a um estado de temperatura uniforme à medida que a energia flui do bloco mais quente para o mais frio. Ao atingir esse estado, o sistema está em equilíbrio.


A entropia, que pode ser entendida como decorrente da desordem interna do sistema, é definida por meio de processos estatísticos relacionados com a probabilidade de as partículas terem determinadas características ao constituírem um sistema num dado estado. Assim, por exemplo, as moléculas e átomos que compõem 1kg de gelo, a 0o C e 1atm, apresentam características individuais distintas, mas do ponto de vista estatístico apresentam, no conjunto, características que definem a possibilidade da existência da pedra de gelo nesse estado.


A variação da função entropia pode ser determinada pela relação entre a quantidade de calor trocada e a temperatura absoluta do sistema. Assim, por exemplo, a fusão de 1kg de gelo, nas condições de 273K e 1atm, utiliza 80.000cal, o que representa um aumento de entropia do sistema, devido à fusão, em 293J/K.


A aplicação do segundo princípio a sistemas de extensões universais esbarra em dificuldades conceituais relativas à condição de seu isolamento. Entretanto, pode-se cogitar de regiões do universo tão grandes quanto se queira, isoladas das restantes. Para elas (e para as regiões complementares) valeria a lei do crescimento da entropia. Pode-se então perguntar por que motivo o universo não atingiu ainda a situação de máxima entropia, ou se atingirá essa condição um dia.


A situação de máxima entropia corresponde à chamada morte térmica do universo: toda a matéria estaria distribuída na vastidão espacial, ocupando uniformemente os estados possíveis da energia. A temperatura seria constante em toda parte e nenhuma forma de organização, das mais elementares às superiores, seria possível.







Terceira lei


O conceito de temperatura entra na termodinâmica como uma quantidade matemática precisa que relaciona calor e entropia. A interação entre essas três quantidades é descrita pela terceira lei da termodinâmica, segundo a qual é impossível reduzir qualquer sistema à temperatura do zero absoluto mediante um número finito de operações. De acordo com esse princípio, também conhecido como teorema de Nernst, a entropia de todos os corpos tende a zero quando a temperatura tende ao zero absoluto.







Termodinâmica estatística 


As leis da termodinâmica são obtidas experimentalmente, mas podem ser deduzidas a partir de princípios mais fundamentais, por meio da mecânica estatística, desenvolvida sobretudo por Josiah Willard Gibbs e Ludwig Boltzmann. O propósito fundamental da termodinâmica estatística é o de interpretar grandezas macroscópicas, como temperatura, energia interna e pressão, em termos das grandezas dinâmicas, e reescrever os princípios da termodinâmica em termos das leis gerais que as afetam.


A energia interna, U, é por si uma grandeza mecânica e dispensa interpretações adicionais. A análise se concentra, portanto, nas interpretações mecânicas da temperatura e da entropia. Os fundamentos da termodinâmica estatística foram estabelecidos a partir de meados do século XIX por Rudolf Julius Emanuel Clausius, James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann. A interpretação mecânica da temperatura deve muito aos trabalhos dos dois primeiros cientistas sobre o comportamento dos gases. Maxwell demonstrou que a temperatura T de um gás ideal em equilíbrio está relacionada com a energia cinética média de suas moléculas (E) por E = 3/2 k.T, em que k é a constante de Boltzmann.


Seus trabalhos foram posteriormente desenvolvidos por Boltzmann e levaram a uma generalização importante desse resultado, conhecida como equipartição da energia: o valor médio da energia de um sistema cujo movimento microscópico tem s graus de liberdade (números de coordenadas de posição e de impulso que determinam as energias de translação, vibração e rotação de uma molécula), em equilíbrio termodinâmico à temperatura T, distribui-se igualmente entre os diferentes graus de liberdade, de tal modo que cada um contribui com k.T/2 para a energia total. Assim, para s graus de liberdade,E = s/2 k.T. Para gases monoatômicos, o movimento de cada molécula tem apenas três graus de liberdade de translação. Para gases diatômicos, além da translação, haverá vibrações e rotações, num total de seis graus de liberdade.


A falha na previsão do valor correto para o calor específico a volume constante de gases diatômicos (e também de sólidos cristalinos monoatômicos) foi o primeiro exemplo histórico da inadequação dos conceitos e métodos da mecânica clássica para o tratamento dos movimentos microscópicos. Essa e outras contradições com a formulação teórica da equipartição da energia de Maxwell-Boltzmann vieram a ser elucidadas posteriormente, à luz dos argumentos da mecânica quântica.







História 


A temperatura é provavelmente o primeiro conceito termodinâmico. No final do século XVI, Galileu Galilei inventou um termômetro rudimentar, o termoscópio, ao qual se seguiram outros inventos com a mesma finalidade. O objetivo desses instrumentos era medir uma quantidade até então indefinida, mais objetiva na natureza do que as sensações fisiológicas de calor e frio. Na época, acreditava-se que a temperatura fosse uma potência motriz que provoca a transmissão de um certo eflúvio de um corpo quente para outro mais frio. Mas não se sabia explicar ainda o que era transmitido entre os corpos.


Francis Bacon, em 1620, e a Academia Florentina, alguns anos depois, começaram a fazer a distinção entre essa emanação e a temperatura. Somente em 1770, porém, o químico Joseph Black, da Universidade de Glasglow, diferenciou-as de maneira clara. Misturando massas iguais de líquidos a diferentes temperaturas, ele mostrou que a variação de temperatura em cada uma das substâncias misturadas não é igual em termos quantitativos.


Black fundou a ciência da calorimetria, que levou à enunciação da teoria segundo a qual o calor é um fluido invisível chamado calórico. Um objeto se aquecia quando recebia calórico e se esfriava quando o perdia. A primeira evidência de que essa substância não existia foi dada, no final do século XVIII, pelo conde Rumford (Benjamin Thompson). Demonstrou-se, posteriormente, que o que se troca entre corpos de temperaturas diferentes é a energia cinética de seus átomos e moléculas, energia também conhecida como térmica.


Em 1824, Sadi Carnot, um engenheiro militar francês, tornou-se o primeiro pesquisador a preocupar-se com as características básicas das máquinas térmicas e a estudar o problema de seu rendimento. A contribuição de Carnot à solução do problema, embora teórica, foi de importância fundamental, pois demonstrou as características realmente significativas do funcionamento das máquinas térmicas, ou seja: (1) que a máquina recebe de uma fonte qualquer certa quantidade de calor a temperatura elevada; (2) que ela executa um trabalho externo; e (3) que rejeita calor a temperatura mais baixa do que a correspondente ao calor recebido.


Apesar de fundamentar suas teorias na noção de que o calor é um fluido imponderável, o calórico, Carnot encontrou a expressão correta do rendimento máximo que se pode obter com uma máquina térmica qualquer, operando entre duas fontes de temperaturas diferentes. Na década de 1840, James Prescott Joule assentou as bases da primeira lei da termodinâmica ao mostrar que a quantidade de trabalho necessária para promover uma determinada mudança de estado é independente do tipo de trabalho (mecânico, elétrico, magnético etc.) realizado, do ritmo e do método empregado.


Joule concluiu que o trabalho pode ser convertido em calor e vice-versa. Em 1844, Julius Robert von Mayer deduziu a lei de equivalência do calor e do trabalho, segundo a qual, num ciclo produtor de trabalho, o calor introduzido deve exceder o calor rejeitado em uma quantidade proporcional ao trabalho e calculou o valor da constante de proporcionalidade.


Em 1849, Lord Kelvin (William Thomson), engenheiro de Glasgow, mostrou o conflito existente entre a base calórica dos argumentos de Carnot e as conclusões obtidas por Joule. No ano seguinte, Rudolf Julius Emanuel Clausius solucionou o problema ao enunciar a primeira e a segunda leis da termodinâmica. Alguns anos depois, Clausius definiu a função da entropia, que se conserva em todas as transformações reversíveis, e deduziu da segunda lei da termodinâmica o princípio do aumento da entropia.


A publicação dos estudos de Clausius em 1850 marca o nascimento da ciência termodinâmica. De 1873 a 1878, Josiah Gibbs criou um método matemático que serviu como base para a fundação da termodinâmica química e para diversas aplicações da termodinâmica clássica. No início do século XX, Henri Poincaré elaborou as equações matemáticas das leis de Clausius, e Constantin Carathéodory apresentou uma estrutura lógica alternativa das teorias termodinâmicas que evitava o termo calor, considerado obsoleto. Em 1918, o Prêmio Nobel Walther Nernst, enunciou o princípio de Nernst, que coincide essencialmente com a terceira lei da termodinâmica.


Autoria: Carlos José da Silva Costa














Primeiro Princípio da Termodinâmica ou Princípio da Conservação da energia

Exercícios




01-(PUC-RS) A temperatura de um gás é diretamente proporcional à energia cinética das suas partículas. Portanto, dois gases A e


B, na mesma temperatura, cujas partículas tenham massas na proporção de mA/mB=4/1, terão as energias cinéticas médias das suas partículas na proporção EcA/EcB igual a

a) 1/4 b) 1/2 c) 1 d) 2 e) 4



02-(PUC-MG) A pressão que um gás exerce, quando mantido em um recipiente fechado, se deve:

a) ao choque entre as moléculas do gás. b) à força de atração entre as moléculas.

c) ao choque das moléculas contra as paredes do recipiente. d) à força com que as paredes atraem as moléculas.



03-(UnB-DF) Uma das atividades importantes realizadas pelos químicos é o estudo de propriedades químicas macroscópicas observadas em substâncias simples e compostas. A constatação de regularidades permite ao químico elaborar teorias para explicar, ao nível microscópico, essas propriedades. O estudo das propriedades macroscópicas dos gases permitiu o desenvolvimento da


teoria cinético-molecular, a qual explica, ao nível microscópico, o comportamento dos gases. A respeito dessa teoria, julgue os itens que se seguem.

01. O comportamento dos gases está relacionado ao movimento uniforme e ordenado de suas moléculas.

02. A temperatura de um gás é uma medida da energia cinética de suas moléculas.

03. Os gases ideais não existem, pois são apenas modelos teóricos em que o volume das moléculas e suas interações são considerados desprezíveis.

04. A pressão de um gás dentro de um recipiente está associada às colisões das moléculas do gás com as paredes do recipiente.



04-(UFMS-MS) Para sentirmos o cheiro de alguma substância, é necessário que algumas moléculas dessa substância sejam inaladas. Se um vidro de amônia for aberto no canto (A) de uma sala fechada (sem vento), e se estivermos em um outro canto (B) diametralmente oposto, levará algum tempo para sentirmos o cheiro de amônia (veja a figura). Com relação ao movimento das moléculas de amônia, que saíram do vidro depois de aberto e estão em equilíbrio térmico com o ambiente, é correto afirmar:


(01) A velocidade média das moléculas de amônia é maior que a das moléculas de ar de maior massa molecular que a de amônia.

(02) Se colocarmos um alto-falante ligado no canto (A) e atrás do vidro de amônia, de maneira que as frentes de ondas sonoras propaguem para o ponto (B), a velocidade de deslocamento das moléculas de amônia aumentará, porque o som arrastará essas moléculas para o ponto (B) mais rapidamente.

(04) A velocidade de agitação das moléculas de amônia, que estão no interior da sala, depende da temperatura da sala.

(08) Se houver uma perturbação na pressão em algum ponto no interior da sala, essa perturbação de pressão chegará, simultaneamente, a todos os pontos da sala.

(16) A pressão, no interior da sala, está relacionada com a freqüência e a intensidade das colisões entre as moléculas.



05-(UFC-CE) Um recipiente contém uma mistura de um gás ideal X, cuja massa molar é MX, com um gás ideal Y, cuja massa molar


é MY, a uma dada temperatura T. Considere as afirmações a seguir:

I. A energia cinética média das moléculas dos gases ideais X e Y depende apenas da temperatura absoluta em que se encontram.

II. A velocidade média das moléculas dos gases ideais X e Y depende da temperatura absoluta em que se encontram e da natureza de cada gás.

III. Se MX > MY, a velocidade média das moléculas do gás ideal X é maior que a velocidade média do gás ideal Y.

Assinale a alternativa correta.

a) Apenas I é verdadeira. b) Apenas I e II são verdadeiras. c) Apenas I e III são verdadeiras.

d) Apenas II e III são verdadeiras. e) I, II e III são verdadeiras.



06-(UEMS-MS) Assinale a alternativa correta:

a) A primeira lei da termodinâmica diz respeito à dilatação térmica.

b) Na mudança de estado de um gás, sempre há realização de trabalho.

c) Quando um corpo recebe calor, sua temperatura necessariamente se eleva.

d) No vácuo, a única forma de transmissão de calor é por condução.

e) Transformação isotérmica é uma transformação gasosa na qual a pressão (P) e o volume (V) do gás variam e a temperatura (T) é mantida constante.



07-(UFRN-RN) Cotidianamente são usados recipientes de barro (potes, quartinhas, filtros etc.) para esfriar um pouco a água neles contida.

Considere um sistema constituído por uma quartinha cheia d'água. Parte da água que chega à superfície externa da quartinha,


através de seus poros, evapora, retirando calor do barro e da água que o permeia. Isso implica que também a temperatura da água que está em seu interior diminui nesse processo.

Tal processo se explica porque, na água que evapora, são as moléculas de água

a) com menor energia cinética média que escapam do líquido, aumentando, assim, a energia cinética média desse sistema.

b) que, ao escaparem do líquido, aumentam a pressão atmosférica, diminuindo, assim, a pressão no interior da quartinha.

c) com maior energia cinética média que escapam do líquido, diminuindo, assim, a energia cinética média desse sistema.

d) que, ao escaparem do líquido, diminuem a pressão atmosférica, aumentando, assim, a pressão no interior da quartinha.



08- (UFSC-SC) Com relação aos conceitos de calor, temperatura e energia interna, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois todo corpo possui calor.

(02) Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra.

(04) Calor é a energia contida em um corpo.

(08) Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas.

(16) Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um forno a 160 °C, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa.

(32) Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 °C, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará.



09- (ITA-SP) Sejam o recipiente (1), contendo 1 mol de H2 (massa molecular M = 2) e o recipiente (2) contendo 1 mol de He


(massa atômica M = 4) ocupando o mesmo volume, ambos mantidos a mesma pressão. Assinale a alternativa correta:

a) A temperatura do gás no recipiente 1 é menor que a temperatura do gás no recipiente 2.

b) A temperatura do gás no recipiente 1 é maior que a temperatura do gás no recipiente 2.

c) A energia cinética média por molécula do recipiente 1 é maior que a do recipiente 2.

d) O valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 1 é menor que o valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 2.

e) O valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 1 é maior que o valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 2.



10-(UFMS-MS) Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume constante.


É correto afirmar que

a) a transformação é isotérmica. b) a transformação é isobárica. c) o gás não realiza trabalho.

d) sua pressão diminuirá, se a temperatura do gás aumentar. e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica.



11-(CFT-MG) Durante a compressão de um sistema gasoso, sob a ação de uma força constante,


a) a temperatura do gás é invariável. b) a energia interna permanece a mesma. c) o trabalho realizado sobre o gás é negativo. d) o calor trocado com a vizinhança é nulo.



12-(UFPEL-RS) De acordo com seus conhecimentos sobre Termodinâmica, analise as afirmativas abaixo.

I - Sempre que um corpo muda de fase, sob pressão constante, ele recebe ou cede calor e a sua temperatura varia.

II - Quando temos uma transformação isobárica, de uma certa massa de um gás perfeito, o aumento da temperatura fará com que aconteça um aumento de volume.

III - Uma dada massa de um gás perfeito pode receber calor sem que a sua temperatura interna aumente. Isso ocorrerá se ele realizar um trabalho igual à quantidade de calor que recebeu.

IV - Num processo de transformação isocórico a temperatura de uma certa massa de um gás permanece constante.

Dessas afirmativas, estão CORRETAS apenas

a) I e III. b) I, II e III. c) II e III. d) II e IV. e) II, III e IV.



13-(UFRJ-RJ) Considere certa massa de um gás ideal em equilíbrio termodinâmico. Numa primeira experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão isotérmica durante a qual realiza um trabalho W e recebe 150J de calor do meio externo. Numa segunda experiência, faz-se o gás sofrer uma expansão adiabática, a partir das mesmas condições iniciais, durante a qual ele realiza o mesmo trabalho W.

Calcule a variação de energia interna ΔU do gás nessa expansão adiabática.



14-(UFU-MG) Num dado recipiente contendo um líquido, é imerso um cilindro contendo gás ideal, confinado por um êmbolo móvel, conforme as figuras adiante.


O recipiente está sobre uma fonte térmica e a base do recipiente é diatérmica, permitindo trocas de calor entre a fonte e o recipiente. As demais paredes do recipiente são adiabáticas e as paredes do cilindro que contém o gás são diatérmicas.

A fonte térmica fornece 2000 J para o sistema formado pelo líquido e o gás, conforme figura (I) acima. Devido ao calor fornecido pela fonte térmica, a temperatura do líquido aumenta de 3K, consumindo 1500 J. Por outro lado, o gás realiza uma expansão com um aumento de volume de 8 m3, a uma pressão constante de 50 N/m2, como representado na figura (II) acima.

a) Calcule o trabalho realizado pelo gás.

b) Calcule a variação da energia interna do gás.

c) Nesse processo, o que acontece com a energia cinética das partículas que compõem o gás: aumenta, diminui ou não muda? Justifique a sua resposta.



15-(UFRS-RS) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2.


Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de

a) 100 J. b) 150 J. c) 250 J. d) 350 J. e) 400 J.



16- (UEG-GO)


É sempre bom lembrar, que um copo vazio está cheio de ar.

Que o ar no copo ocupa o lugar do vinho

Que o vinho busca ocupar o lugar da dor

Que a dor ocupa a metade da verdade

A verdadeira natureza interior

Gilberto Gil. "Copo Vazio"

Tendo como referência o poema de Gilberto Gil e com base nas propriedades e leis que regem a fase gasosa, assinale a alternativa INCORRETA:

a) Um gás dilata-se muito mais com a temperatura do que um sólido ou um líquido.

b) Volumes iguais de gases diferentes, desde que nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de moléculas.

c) A energia cinética média de translação das moléculas de um gás - qualquer que seja ele - é proporcional à sua temperatura.

d) Se for fornecida a mesma quantidade de calor a uma certa massa de gás, ela se aquecerá mais se estiver mantida num volume constante do que sob pressão constante.

e) É impossível ceder calor a um gás e sua temperatura não sofrer variação.



17-(UFU-MG) Dois gases ideais monoatômicos 1 e 2, com o mesmo número de mols, são, independentemente, submetidos a processos de aquecimento, sofrendo a mesma variação de temperatura. No caso do gás 1, seu volume permaneceu constante ao longo do processo; no caso do gás 2, sua pressão não variou. Considerando que Q1, W1 e ΔU1 são, respectivamente, o calor recebido, o trabalho realizado e a variação da energia interna do gás 1; e Q2, W2 e ΔU2, são as mesmas grandezas para o gás 2, é correto afirmar que

a) ΔU1 = ΔU2; Q1 < Q2. b) ΔU1 = ΔU2; Q1 > Q2. c) ΔU1 > ΔU2; Q1 = Q2. d) ΔU1 < ΔU2; Q1 = Q2.



18-(UFU-MG) Um gás bastante rarefeito está contido num balão de volume variável e é feito de um material que permite trocas de calor com o meio externo (paredes diatérmicas). Esse gás sofre uma transição, passando de sua configuração (inicial) 1 para uma segunda configuração (final) 2, conforme o diagrama pxV apresentado a seguir.


Dado que não ocorre nenhuma reação química entre as moléculas que compõem o gás, nessa transição de 1 para 2 podemos afirmar que:

a) O meio externo realizou um trabalho sobre o gás, e a temperatura do gás aumentou.

b) O gás realizou um trabalho para o meio externo, que é numericamente igual à região hachurada do diagrama pxV, e a energia cinética média das partículas que compõem o gás diminuiu.

c) O gás realizou um trabalho para o meio externo, que é numericamente igual à região hachurada do diagrama pxV, e a energia cinética média das partículas que compõem o gás aumentou.

d) O gás realizou um trabalho para o meio externo, que é numericamente igual à região hachurada do diagrama pxV, e a energia cinética média das partículas que compõem o gás diminuiu no mesmo valor do trabalho realizado.



19-(UNESP-SP) Um recipiente contendo certo gás tem seu volume aumentado graças ao trabalho de 1664 J realizado pelo gás.


Neste processo, não houve troca de calor entre o gás, as paredes e o meio exterior. Considerando que o gás seja ideal, a energia de 1 mol desse gás e a sua temperatura obedecem à relação U = 20,8T, onde a temperatura T é medida em kelvin e a energia U em joule. Pode-se afirmar que nessa transformação a variação de temperatura de um mol desse gás, em kelvin, foi de:

a) 50. b) - 60. c) - 80. d) 100. e) 90.



20-(UFRRJ-RJ) A figura a seguir representa o gráfico p-V de um gás, suposto ideal, que sofre primeiramente um processo isobárico, partindo do ponto A para o ponto B, e depois um processo isovolumétrico, atingindo o ponto C, que se situa sobre a mesma isoterma que A.


Calcule

a) o trabalho realizado pelo gás ao final do processo ABC;

b) o calor recebido pelo gás ao final do processo ABC.



21-(ENEM-MEC) No Brasil, o sistema de transporte depende do uso de combustíveis fósseis e de biomassa, cuja energia é convertida


em movimento de veículos. Para esses combustíveis, a transformação de energia química em energia mecânica acontece

a) na combustão, que gera gases quentes para mover os pistões no motor.

b) nos eixos, que transferem torque às rodas e impulsionam o veículo.

c) na ignição, quando a energia elétrica é convertida em trabalho.

d) na exaustão, quando gases quentes são expelidos para trás.

e) na carburação, com a difusão do combustível no ar.



22-(UFMG-MG) Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido, como representado nesta figura:


Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, nesse processo,

a) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.

b) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido.

c) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido.

d) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.



23-(UNESP-SP) Um pistão com êmbolo móvel contém 2 mols de O‚ e recebe 581J de calor. O gás sofre uma expansão isobárica


na qual seu volume aumentou de 1,66 ℓ, a uma pressão constante de 105 N/m2. Considerando que nessas condições o gás se comporta como gás ideal, utilize R = 8,3 J/mol.K e calcule

a) a variação de energia interna do gás.

b) a variação de temperatura do gás.



24-(MACKENZIE-SP) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma


transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a qual:

a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo;

b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo;

c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna;

d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna;

e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.



25-(UFPB-PB) Um gás ideal é submetido a três transformações consecutivas, em que AB é isobárica, BC é isotérmica e CA é

adiabática, como mostra o diagrama pxV a seguir.





Em relação a essas transformações, identifique com V a(s) afirmativa(s) verdadeira(s) e com F, a(s) falsa(s).

( ) Em AB, a energia interna do gás diminui.

( ) Em BC, o gás recebe calor.

( ) Em CA, não há variação da energia interna do gás.

A seqüência correta é:

a) VVF b) VFV c) FVF d) VVV e) FFF



26-(UFAL) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico p × V. No trecho AB a transformação é isotérmica.


Analise as afirmações:

( ) A pressão no ponto A é 2,5 × 105 N/m2.

( ) No trecho AB o sistema não troca calor com a vizinhança.

( ) No trecho BC o trabalho é realizado pelo gás e vale 2,0 × 104 J.

( ) No trecho CA não há realização de trabalho.

( ) Pelo gráfico, o trabalho realizado pelo gás no ciclo ABCA é maior do que 4,0 × 104J.



27-(UFSM-RS)


Quando um jogador "dá de bico" na bola, ela fica deformada, enquanto está em contato com a chuteira. O ar dentro da bola tem uma variação de volume num intervalo de tempo muito curto, podendo-se considerar essa variação como adiabática. Na figura, as curvas que melhor representam um processo adiabático e um isotérmico de um gás ideal são, respectivamente,

a) V e IV. b) IV e III. c) III e II. d) II e III. e) II e I.



28-(UFMS-MS) Uma pessoa, ao terminar de coar o café, coloca-o dentro de uma garrafa térmica, e todo o sistema café e garrafa está em equilíbrio térmico a 70° C. A garrafa térmica está fechada e não está totalmente cheia; portanto, existe um volume de ar no interior da garrafa também a 70° C nesse instante. Considere o ambiente externo a uma temperatura constante e igual a 20° C, e


que a garrafa térmica não é ideal, isto é, permite troca de calor entre seu interior e a vizinhança, mas não permite a entrada e nem a saída de ar. Depois de certo tempo, todo o sistema entra em equilíbrio térmico com o ambiente externo na temperatura de 20° C. Considere que a densidade do café não varie com a temperatura, e o volume de ar contido no interior da garrafa como um sistema termodinâmico e como um gás ideal. Assinale o diagrama que representa corretamente a transformação termodinâmica, ocorrida no ar enquanto atingia o equilíbrio térmico com a vizinhança, onde T é temperatura, V é volume e P é a pressão desse sistema.




29-(UNESP-SP) Um mol de gás monoatômico, classificado como ideal, inicialmente à temperatura de 60 °C, sofre uma expansão


adiabática, com realização de trabalho de 249 J. Se o valor da constante dos gases R é 8,3 J/(mol K) e a energia interna de um mol desse gás é (3/2)RT, calcule o valor da temperatura ao final da expansão.



30-(UFC-CE) Um recipiente cilíndrico fechado de volume V possui paredes adiabáticas e é dividido em dois compartimentos iguais por uma parede fixa, também adiabática. Em cada um dos compartimentos, encontram-se n mols de um gás ideal monoatômico.


Suas respectivas temperaturas iniciais são T e 2T. A parede adiabática fixa é, então, liberada e pode se deslocar livremente. Com base nessas informações, analise as afirmativas seguintes.

I. Na situação final de equilíbrio, as temperaturas nos dois recipientes são iguais.

II. A parede isolante se move em direção ao compartimento que se encontrava inicialmente a uma temperatura T .

III. Se, na situação final de equilíbrio, o volume de um compartimento é o triplo do volume do outro, as temperaturas dos respectivos gases ideais monoatômicos são 9T/2 e 3T/2.

A partir das três assertivas, assinale a alternativa correta.

a) Somente I é verdadeira. b) Somente II é verdadeira. c) Somente III é verdadeira. d) I e II são verdadeiras.

e) II e III são verdadeiras.



31-(UNESP-SP) Um gás ideal é submetido às transformações A B, BC, CD e DA, indicadas no diagrama PxV apresentado na figura.


Com base nesse gráfico, analise as afirmações.

I. Durante a transformação AB, a energia interna se mantém inalterada.

II. A temperatura na transformação CD é menor do que a temperatura na transformação AB.

III. Na transformação DA, a variação de energia interna é igual ao calor absorvido pelo gás.

Dessas três afirmações, estão corretas:

a) I e II, apenas b) III, apenas c) I e III, apenas d) II e III, apenas e) I, II e III



32-(UFMT-MT) No final do séc. XIX, Ludwig Boltzmann demonstrou que é possível descrever teoricamente o comportamento de variáveis termodinâmicas macroscópicas, tais como a pressão e a temperatura, admitindo que os gases sejam constituídos por


“pequenas partículas” que se movem com uma certa velocidade se chocando umas contra as outras e contra as paredes do recipiente que os contém. Até então, não haviam sido formulados os modelos contemporâneos de átomos e moléculas. Lênin manifestou sua concordância com a teoria dos gases de Boltzmann, classificando-a como “essencialmente materialista”. A teoria de Boltzmann é coerente com o materialismo marxista-leninista, pois:

a) procura demonstrar que o mundo macroscópico pode ser entendido através de propriedades microscópicas objetivas, que podem ser mensuradas sem a necessidade de explicações metafísicas;

b) Marx já havia incorporado à sua obra a suposição de que os materiais são constituídos por moléculas.

c) as máquinas térmicas idealizadas por Boltzmann poderiam ser utilizadas pelo proletariado russo como forma de fortalecer o segmento da economia a que eles pertenciam;

d) todas as teorias da Física têm bases materialistas marxistas; procura demonstrar que, da mesma forma que um gás é contido num recipiente, o Estado pode exercer forte controle sobre a população.



33-(UFLA-MG) A Termodinâmica faz nítida distinção entre o objeto de seu estudo, chamado sistema, e tudo aquilo que o envolve e pode interagir com ele, chamado meio. Considere um sistema constituído por certa quantidade de um gás ideal contido em um recipiente de paredes móveis e não-adiabáticas e marque a alternativa incorreta:

a) Para que o gás realize uma expansão isobárica, é necessário que o sistema receba certa quantidade de calor do meio.

b) Para que o gás sofra uma expansão isotérmica, é necessário que o sistema receba calor do meio, o qual é convertido em trabalho.

c)Em uma compressão adiabática do gás, o meio realiza trabalho sobre o sistema, com conseqüente aumento da energia interna do gás.

d) Para que o gás sofra um aumento de pressão a volume constante, é necessário que o sistema receba certa quantidade de calor do meio.

e) Em uma compressão isobárica, o gás tem sua temperatura e sua energia interna diminuídas



34-(CEFET-PR) Em uma evolução cíclica, em que a curva representativa é uma circunferência e a evolução é realizada no sentido


horário em um diagrama PV, pode-se afirmar que:

a) a energia interna no estado inicial é diferente do final; b) o gás tem temperatura inicial e final diferentes;

c) o gás não recebe calor; d) o gás absorve trabalho;

e) o gás realiza trabalho por ciclo



35-(UNIFESP-SP) A figura representa uma amostra de um gás, suposto ideal, contida dentro de um cilindro. As paredes laterais e o êmbolo são adiabáticos; a base é diatérmica e está apoiada em uma fonte de calor.


Considere duas situações:

I. o êmbolo pode mover-se livremente, permitindo que o gás se expanda à pressão constante;

II. o êmbolo é fixo, mantendo o gás a volume constante.

Suponha que nas duas situações a mesma quantidade de calor é fornecida a esse gás, por meio dessa fonte. Pode-se afirmar que a temperatura desse gás vai aumentar

a) igualmente em ambas as situações. b) mais em I do que em II. ---c) mais em II do que em I. d) em I, mas se mantém constante em II. e) em II, mas se mantém constante em I.



36-(UFMG-MG) Uma seringa, com a extremidade fechada, contém certa quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura:


Considere o ar como um gás ideal. Sabe-se que, para um gás ideal, a energia interna é proporcional à sua temperatura.

Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no interior da seringa,

a) a pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui.

b) a pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta.

c) a pressão e a temperatura do ar aumentam.

d) a pressão e a temperatura do ar diminuem.



37-(UFSC-SC) Uma amostra de dois moles de um gás ideal sofre uma transformação ao passar de um estado i para um estado f, conforme o gráfico a seguir:


Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

01. A transformação representada no gráfico ocorre sem que nenhum trabalho seja realizado. 

02. Sendo de 100 Joules a variação da energia interna do gás do estado i até f, então o calor que fluiu na transformação foi de 1380 Joules. 

04. Certamente o processo ocorreu de forma isotérmica, pois a pressão e o volume variaram, mas o número de moles permaneceu constante. 

08. A primeira lei da Termodinâmica nos assegura que o processo ocorreu com fluxo de calor. 

16. Analisando o gráfico, conclui-se que o processo é adiabático.



38- (UCSal-BA) Um gás perfeito está aprisionado, em um recipiente cilíndrico e graduado em litros, que exerce uma pressão constante de 1,1.105 Pa, conforme esquema representado pela figura 1.Esse gás recebe 5,5.102J de calor e empurra o êmbolo para a posição representada pela figura 2.


Nessa expansão, o trabalho realizado pelo gás e o aumento de energia interna, em joules, são, respectivamente,

a) 2,2.103 e 2,5.102 b) 5,5.102 e zero c) 3,3.102 e 3,3.102 d) 2,2.102 e 3,3.102 e) 2,2.105 e 5,5.10-2 



39-(UEPA) Um estudante verifica a ação do calor sobre um gás perfeito inserido em uma seringa de vidro, aquecendo-a com uma vela e mantendo fechada sua saída (ver figura).




Desprezando o atrito entre o êmbolo da seringa e o vidro, pode-se afirmar que, durante o aquecimento:
a) O gás se tornará mais denso;com isso,a pressão do ar atmosférico empurrará o êmbolo da seringa, comprimindo o gás.
b) Se a pressão do gás se mantiver constante, a energia interna do sistema aumentará, fazendo com que o gás realize trabalho deslocando o êmbolo da seringa.
c) Se a pressão do gás se mantiver constante, o sistema gasoso receberá trabalho, diminuindo o volume interno da seringa.
d) Se a energia interna do sistema aumentar, certamente o gás sofrerá uma transformação isométrica.
e) Toda a energia recebida será integralmente utilizada para deslocar o êmbolo, tratando-se, portanto, de uma transformação isobárica do gás.



40-(UFRJ-RJ-09) Um gás ideal se encontra em um estado de equilíbrio termodinâmico A no qual tem volume V0 e pressão p0 conhecidos. O gás é então comprimido lentamente até atingir um estado de equilíbrio termodinâmico B no qual seu volume é


V0/3.Sabendo que o processo que leva o gás do estado A ao estado B é o indicado pelo segmento de reta do diagrama, e que os estados A e B estão em uma mesma isoterma, calcule o calor total QAB cedido pelo gás nesse processo.



41-(UDESC-SC-09) O gráfico a seguir apresenta dois processos termodinâmicos distintos, utilizados para levar uma massa gasosa de gás ideal de uma temperatura inicial To até uma temperatura TX. O primeiro (A) é um processo isobárico e o segundo (B) é um processo isocórico.


Analise as afirmativas a seguir, relacionadas aos processos termodinâmicos descritos no gráfico:

I. A variação de energia interna do gás foi a mesma nos dois processos.

II. A quantidade de calor fornecida ao gás foi a mesma nos dois processos.

III. A temperatura TX é maior do que a temperatura To.

Assinale a alternativa CORRETA.

a) Somente a afirmativa III é verdadeira. b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. d) Somente a afirmativa II é verdadeira.

e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 



42-(PUC-RJ-09) Uma máquina térmica que pode ter uma eficiência extremamente alta é a Máquina de Stirling. Este tipo de máquina é fácil de construir, de modo que alguns modelos simples podem ser feitos até com latas vazias de alimentos. Nessas máquinas, o gás (que pode ser aproximado como um gás ideal) passa por um ciclo (desenhado no gráfico pressão versus volume a seguir).

Esse ciclo consiste de dois processos isotérmicos e dois processos a volume constante (isocóricos).


a) Dados os processos AB, BC, CD e DA, indique quais são isotérmicos e quais são isocóricos.

b) Calcule as pressões em B e em C, como função da pressão atmosférica Patm.

c) Calcule a razão entre as temperaturas TA / TC.



43-(ITA-SP-09) Três processos compõem o ciclo termodinâmico ABCA mostrado no diagrama P × V da figura. O processo AB


ocorre a temperatura constante. O processo BC ocorre a volume constante com decréscimo de 40 J de energia interna e, no processo CA, adiabático, um trabalho de 40 J é efetuado sobre o sistema. Sabendo-se também que em um ciclo completo o trabalho total realizado pelo sistema é de 30 J, calcule a quantidade de calor trocado durante o processo AB.



44-(FGV-SP-09) Dentre as transformações realizadas por um gás ideal, é certo que:

a) não há variação da energia interna nas transformações isobáricas.

b) a temperatura se mantém constante, tanto nas transformações isotérmicas quanto nas isométricas.

c) nas transformações adiabáticas não há troca de calor entre o gás e o recipiente que o contém.

d) não há realização de trabalho nas transformações isotérmicas, uma vez que nelas o volume não varia.

e) tanto a pressão quanto o volume do gás se mantêm constantes nas transformações isométricas.



45-(UDESC-SC-09) O gráfico a seguir mostra a variação do volume de um gás perfeito, em função da temperatura. A transformação entre os estados A e B ocorre à pressão constante de 105N/m2, e a energia interna do gás aumenta em 1.000 J. Durante a transformação entre os estados B e C, o gás recebe calor.


Calcule:

a) a quantidade de calor recebida pelo gás entre os estados A e B;

b) o trabalho realizado sobre o gás entre os estados B e C;

c) o valor da pressão do gás no estado C.



46-(UFV-MG-010) A figura a seguir ilustra um processo termodinâmico em um gás. Sabendo que durante o processo ABC a variação da energia interna do gás foi igual a U e que o trabalho realizado pelo gás no processo BC foi igual a W, então a quantidade de calor transferida ao gás no processo ABC foi:


a) U + VA (PA – PC) + W b) U + PA (VB– VA) − W c) U + VC (PA – PC) + W d) U + PA (VB – VA) + W 

Dados: variação da energia intena: U; trabalho realizado no trecho BC: WBC = W --- De acordo com 1ª lei da termodinâmica:



47-(UFRJ-RJ-010)) Um gás ideal em equilíbrio termodinâmico tem pressão de 1,0×105N/m2, volume de 2,0×10-3 m3 e temperatura de 300 K. O gás é aquecido lentamente à pressão constante recebendo uma quantidade de 375 J de calor até atingir um volume de 3,5×10-3 m3, no qual permanece em equilíbrio termodinâmico.

a) Calcule a temperatura do gás em seu estado final de equilíbrio.

b) Calcule a variação da energia interna do gás entre os estados inicial e final.



48-(ITA-SP-010) Uma parte de um cilindro está preenchida com um mol de um gás ideal monoatômico a uma pressão Po e temperatura To. Um êmbolo de massa desprezível separa o gás da outra seção do cilindro, na qual há vácuo e uma mola em seu comprimento natural presa ao êmbolo e à parede oposta do cilindro, como mostra a figura (a). O sistema está termicamente isolado e o êmbolo, inicialmente fixo, é então solto, deslocando-se vagarosamente até passar pela posição de equilíbrio, em que a sua aceleração é nula e o volume ocupado pelo gás é o dobro do original, conforme mostra a figura (b).


Desprezando os atritos, determine a temperatura do gás na posição de equilíbrio em função da sua temperatura inicial.



49-(UFMS-MS-010) A figura da esquerda mostra um êmbolo no interior de um cilindro que está contido no interior de uma câmara. O cilindro está imerso em água com gelo, e a câmara isola termicamente todo o sistema das vizinhanças. O ar contido no interior do cilindro está em equilíbrio térmico com todo o sistema a 0oC e sua pressão é igual à pressão atmosférica externa. O cilindro pode trocar calor apenas com a água, o ar e o gelo. Em seguida, é colocado um tijolo bruscamente sobre o êmbolo, comprimindo rapidamente o ar no interior do cilindro. Após certo tempo, todo o sistema água e gelo volta novamente ao equilíbrio térmico de

0 oC, mas a pressão do ar, no interior do cilindro, fica maior que a pressão atmosférica. Com fundamentos na termodinâmica e considerando que o ar é um gás ideal e que não há vazamentos, é correto afirmar:


01) O produto da pressão do ar pelo volume que ele ocupa é igual nas duas situações de equilíbrio. 

02) Na situação representada pela figura da direita, existe menos massa de gelo que na situação representada pela figura da esquerda. 

04) A partir da situação representada pela figura da esquerda, até a situação representada pela figura da direita, a transformação sofrida pelo ar pode ser compreendida por dois processos termodinâmicos, o primeiro adiabático e o segundo isobárico. 

08) A partir da situação representada pela figura da esquerda até a situação representada pela figura da direita, a temperatura do ar permaneceu sempre constante. 

16) Não haverá troca de calor entre o cilindro e a água, mesmo depois de jogar o tijolo e esperar atingir o novo equilíbrio. 



50-(UFSC-SC-010) Admita uma máquina térmica hipotética e ideal que funcione de acordo com o ciclo representado no gráfico de pressão versus volume (p x V) a seguir.


Sabendo que a transformação CD é adiabática, com base na primeira Lei da Termodinâmica e no gráfico acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

01) A transformação BC é isotérmica. A energia absorvida pelo gás na forma de calor é transformada parcialmente em trabalho. 

02) Na transformação AB o gás sofre uma expansão isobárica, realizando um trabalho de 1,6 kJ sobre a vizinhança. 

04) Sabendo que a temperatura T2 vale 900 K, podemos afirmar que a temperatura T1 vale 1260 K e a pressão no estado C vale aproximadamente 6,22.105 Pa. 

08) Na transformação cíclica – ABCDEA – apresentada, a variação da energia interna é zero, ou seja, a temperatura não varia durante todo o ciclo. 

16) A transformação CD é uma compressão adiabática, onde a temperatura do gás diminui devido ao trabalho realizado sobre a vizinhança. 

32) A transformação EA é isocórica. O aumento da temperatura do sistema, e consequentemente o aumento da energia interna, se deve ao calor recebido da vizinhança. 



51-(UNIFESP-SP-011)


Em um trocador de calor fechado por paredes diatérmicas, inicialmente o gás monoatômico ideal é resfriado por um processo isocórico e depois tem seu volume expandido por um processo isobárico, como mostra o diagrama pressão versus volume.


a) Indique a variação da pressão e do volume no processo isocórico e no processo isobárico e determine a relação entre

a temperatura inicial, no estado termodinâmico a, e final, no estado termodinâmico c, do gás monoatômico ideal.

b) Calcule a quantidade total de calor trocada em todo o processo termodinâmico abc.



52-(UPE-PE-011) 


O diagrama PV para uma determinada amostra de gás está representado na figura a seguir. Se o sistema é levado do estado a para o estado b, ao longo do percurso acb, fornece-se a ele uma quantidade de calor igual a 100 cal, e ele


realiza um trabalho de 40 cal. Se, por meio do percurso adb, o calor fornecido é de 72 cal, então o trabalho realizado vale em cal:

a) 28 b) 60 c) 12 d) 40 e) 24



53-(UEPG-PR-011)


A 1ª lei da termodinâmica pode ser entendida como uma afirmação do princípio da conservação da energia. Sua expressão analítica é dada por ΔU = Q – , onde ΔU corresponde à variação da energia interna do sistema, Q e , respectivamente, calor


trocado e trabalho realizado.

Sobre a 1ª lei da termodinâmica aplicada a transformações abertas, assinale o que for correto.

01) O sistema pode receber trabalho sem fornecer calor e sua energia interna aumenta. 

02) O sistema pode receber calor sem realizar trabalho e sua energia interna aumenta. 

04) O sistema pode, simultaneamente, receber calor e trabalho e sua energia interna aumenta. 

08) O sistema pode realizar trabalho sem receber calor e sua energia interna diminui. 

16) O sistema pode fornecer calor sem receber trabalho e sua energia interna diminui. 



54-(ENEM-MEC-011) 


Os biocombustíveis de primeira geração são derivados da soja, milho e cana-de-açúcar e sua produção ocorre através


da fermentação. Biocombustíveis derivados de material celulósico ou biocombustíveis de segunda geração – coloquialmente chamados de “gasolina de capim” – são aqueles produzidos a partir de resíduos de madeira (serragem, por exemplo), talos de milho, palha de trigo ou capim de crescimento rápido e se apresentam como uma alternativa para os problemas enfrentados pelos de primeira geração, já que as matérias-primas são baratas e abundantes.

DALE, B. E.; HUBER, G. W. Gasolina de capim e outros vegetais. Scientific American Brasil. Ago. 2009. n.° 87

(adaptado).

O texto mostra um dos pontos de vista a respeito do uso dos biocombustíveis na atualidade, os quais:

a) são matrizes energéticas com menor carga de poluição para o ambiente e podem propiciar a geração de novos empregos, entretanto, para serem oferecidos com baixo custo, a tecnologia da degradação da celulose nos biocombustíveis de segunda geração deve ser extremamente eficiente.

b) oferecem múltiplas dificuldades, pois a produção é de alto custo, sua implantação não gera empregos, e deve-se ter cuidado com o risco ambiental, pois eles oferecem os mesmos riscos que o uso de combustíveis fósseis.

c) sendo de segunda geração, são produzidos por uma tecnologia que acarreta problemas sociais, sobretudo decorrente ao fato de a matéria-prima ser abundante e facilmente encontrada, o que impede a geração de novos empregos.

d) sendo de primeira e segunda geração, são produzidos por tecnologias que devem passar por uma avaliação criteriosa quanto ao uso, pois uma enfrenta o problema da falta de espaço para plantio da matéria-prima e a outra impede a geração de novas fontes de emprego.

e) podem acarretar sérios problemas econômicos e sociais, pois a substituição do uso de petróleo afeta negativamente toda uma cadeia produtiva na medida em que exclui diversas fontes de emprego nas refinarias, postos de gasolina e no transporte de petróleo e gasolina.



55-(ENEM-MEC)



Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia



armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar.

Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:

a) liberação de calor dentro do motor ser impossível. 

b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.

c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.

d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.

e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.



56-(EsPCEx-012)


Para um gás ideal ou perfeito temos que:


[A] as suas moléculas não exercem força uma sobre as outras, exceto quando colidem.

[B] as suas moléculas têm dimensões consideráveis em comparação com os espaços vazios entre elas.

[C] mantido o seu volume constante, a sua pressão e a sua temperatura absoluta são inversamente proporcionais.

[D] a sua pressão e o seu volume, quando mantida a temperatura constante, são diretamente proporcionais.

[E] sob pressão constante, o seu volume e a sua temperatura absoluta são inversamente proporcionais.



57-EsPCEx-012)


Um gás ideal sofre uma compressão isobárica sob a pressão de 4·103 N/m2 e o seu volume diminui 0,2 m3. Durante o


processo, o gás perde 1,8·103 J de calor. A variação da energia interna do gás foi de:

[A] 1,8·103 J [B] 1,0·103 J [C] -8,0·103 J [D] -1,0·103 J [E] -1,8·103 J









Resoluções



http://www.fisicaevestibular.com.br/exe_ter_10.htm

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