Questões Sobre 1ª Lei da Termodinâmica - Física - 2º ano do ensino médio
11) Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido. 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
A alternativa correta é letra D) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido
Como o êmbolo é móvel, ao se aquecer o gás ocorre um aumento da energia cinética das moléculas e consequentemente do número de choques também. Isso faz com que o volume do gás aumente, entretanto, a pressão continua a mesma (P = F/A).
O gás está se expandindo, então: W > 0.
∆U = Q - W
W = Q - ∆U
Q - ∆U > 0
Q > ∆U
O aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.
12) A figura abaixo apresenta o diagrama da pressão p(Pa) em função do volume V(m³) de um sistema termodinâmico que sofre três transformações sucessivas: XY, YZ e ZX.
O trabalho total realizado pelo sistema após as três transformações é igual a
- A) 0 J.
- B) 1,6×105 J.
- C) 2,0×105 J.
- D) 3,2×105 J.
- E) 4,8×105 J.
A alternativa correta é letra B) 1,6×105 J.
O trabalho pode ser calculado através da área interna do gráfico, que neste caso é um triângulo.
W = A = (b.h)/2
Onde:
b = base = de Y até Z dá 0,8 m³
h = altura = da base até X dá 4,0.10^5 Pa
Logo:
W = (0,8.4,0.105)/2
W = (3,2.105)/2
W = 1,6.105 J
13) A primeira lei da termodinâmica para sistemas fechados foi originalmente comprovada pela observação empírica, no entanto é hoje considerada como a definição de calor através da lei da conservação da energia e da definição de trabalho em termos de mudanças nos parâmetros externos de um sistema. Com base nos conhecimentos sobre a Termodinâmica, é correto afirmar:
- A) A energia interna de uma amostra de um gás ideal é função da pressão e da temperatura absoluta.
- B) Ao receber uma quantidade de calor Q igual a 48,0J, um gás realiza um trabalho igual a 16,0J, tendo uma variação da energia interna do sistema igual 64,0J.
- C) A energia interna, o trabalho realizado e a quantidade de calor recebida ou cedida independem do processo que leva o sistema do estado inicial A até um estado final B.
- D) Quando se fornece a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada apenas para o sistema realizar trabalho.
- E) Nos processos cíclicos, a energia interna não varia, pois volume, pressão e temperatura são iguais no estado inicial e final.
A alternativa correta é letra E) Nos processos cíclicos, a energia interna não varia, pois volume, pressão e temperatura são iguais no estado inicial e final.
Alternativa a: incorreta. A energia interna de um gás ideal depende de sua temperatura apenas.
Alternativa b: incorreta.
∆U = Q - W
∆U = 48 - (16)
∆U = 32 J
Alternativa c: incorreta. Dependem do processo (sentido horário ou anti-horário).
Alternativa d: incorreta. A quantidade de energia pode ser usada para variar a energia interna do gás.
Alternativa E: correta.
14) Um sistema formado por um gás ideal sofre uma transformação com as seguintes características:Q = ΔU τ = 0. Onde t é o trabalho realizado, ΔU é uma variação positiva (aumento) da energia interna e Q é o calor fornecido ou absorvido pelo sistema. Estes dados permitem concluir que no processo houve uma transformação:
- A) adiabática
- B) isobárica
- C) isométrica
- D) isotérmica
- E) adiabática e isotérmica
A alternativa correta é letra C)isométrica
Nas transformações isovolumétricas, o gás não realiza trabalho, nem o sistema pode realizar trabalho sobre o gás, uma vez que o recipiente que o encerra é rígido.
15) Em um laboratório de física são realizados experimentos com um gás que, para fins de análises termodinâmicas, pode ser considerado um gás ideal. Da análise de um dos experimentos, em que o gás foi submetido a um processo termodinâmico, concluiu-se que todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho. Assinale a alternativa que representa corretamente o processo termodinâmico realizado no experimento.
- A) processo isovolumétrico
- B) processo isotérmico
- C) processo isobárico
- D) processo adiabático
- E) processo composto: isobárico e isovolumétrico
A alternativa correta é letra B) processo isotérmico
Como todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho, temos que:
Q = W
A variação de energia interna é representada pela equação abaixo:
∆U = Q - W
Diante do exposto, concluimos que a variação de energia interna é zero.
Sabendo que energia interna de um gás ideal é proporcional a sua temperatura (U = 3/2.nRT), podemos afirmar que não houve variação da temperatura (processo isotérmico).
16) (VUNESP) A Primeira Lei da Termodinâmica diz respeito à
- A) dilatação térmica.
- B) conservação da massa.
- C) conservação da quantidade de movimento.
- D) conservação da energia.
- E) irreversibilidade do tempo
A alternativa correta é letra D) conservação da energia.
A primeira lei da termodinâmica aplica o princípio de conservação de energia a sistemas nos quais transferência de calor e realização de trabalho são os métodos de transferir energia para dentro e para fora do sistema.
17) Numa compressão isotérmica, o trabalho realizado sobre o gás é 800 J. O calor cedido pelo gás no processo e a variação da energia interna, em joules, são iguais, respectivamente, a
- A) 800, 800.
- B) 800, -800.
- C) zero, 800.
- D) 800, zero
A alternativa correta é letra D) 800, zero
Como não houve variação de temperatura, não houve variação da energia interna.
∆U = Q – W
0 = Q – 800J
Q = 800 J
18) A figura mostra dois processos, I e II, em um diagrama pressão (P) x volume (V) ao longo dos quais um gás ideal pode ser levado do estado inicial i para o estado final f. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna é …….. nos dois processos. O trabalho WI realizado no processo I é …….. que o trabalho WII realizado no processo II.
- A) igual − maior
- B) igual − menor
- C) igual − igual
- D) diferente − maior
- E) diferente − menor
A alternativa correta é letra B) igual − menor
A energia interna de um gás ideal só depende de sua temperatura, portanto, se temperaturas iniciais e finais para dois processos diferentes apresentam a mesma variação de temperatura elas também têm mesma variação de energia interna. O trabalho é a área sob o gráfco, então o trabalho I é menor do que o trabalho II.
19) Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, o balanço de energia de um dado sistema é dado em termos de três grandezas:
- A) pressão, volume e temperatura.
- B) calor, energia interna e volume.
- C) trabalho, calor e energia interna.
- D) trabalho, calor e densidade.
A alternativa correta é letra C)trabalho, calor e energia interna.
A 1ª Lei da Termodinâmica é um princípio geral que leva em conta a variação de energia interna de um sistema quando ele, durante um processo, troca energia com a sua vizinhança.
∆U = Q - W
Onde:
- ∆U = variação de energia interna.
- Q = calor.
- W = trabalho.