Questões Sobre Gás Ideal - Física - concurso

Continua após a publicidade..

Questão 1

Referindo-se ao estado final de um gás ideal que foi expandido adiabaticamente, é correto afirmar:

A)A temperatura do gás aumenta.
B)A temperatura do gás diminui.
C)A energia interna do gás aumenta.
D)A energia interna do gás se mantém constante.
E)A variação da energia interna do gás é igual à quantidade de calor trocado com o meio exterior.

A alternativa correta é B)

Vamos entender melhor o que acontece com o estado final de um gás ideal que foi expandido adiabaticamente. Em uma expansão adiabática, não há troca de calor entre o sistema (o gás) e o meio exterior. Isso significa que o sistema não absorve nem libera calor durante o processo.

Como a expansão é adiabática, a energia interna do gás é utilizada para fazer o trabalho de expansão. Ou seja, a energia interna do gás é convertida em trabalho. Como resultado, a temperatura do gás diminui. Isso ocorre porque a energia interna do gás é relacionada à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a energia interna do gás.

Portanto, é correto afirmar que a temperatura do gás diminui, pois a energia interna do gás é utilizada para fazer o trabalho de expansão. Isso descarta as opções A, C, D e E. A opção B é a resposta correta.

É importante notar que, se o processo fosse isotérmico (ou seja, a temperatura do gás se mantivesse constante), a expansão seria feita à custa da absorção de calor do meio exterior. Nesse caso, a energia interna do gás não seria utilizada para fazer o trabalho de expansão, e sim para absorver calor do meio exterior.

Mas, como estamos lidando com uma expansão adiabática, não há troca de calor entre o sistema e o meio exterior. Portanto, a energia interna do gás é utilizada para fazer o trabalho de expansão, o que leva a uma diminuição da temperatura do gás.

Em resumo, a resposta correta é B) A temperatura do gás diminui. Essa é a consequência natural de uma expansão adiabática, pois a energia interna do gás é utilizada para fazer o trabalho de expansão, o que leva a uma diminuição da temperatura do gás.

Questão 2

Adotar

g = 10 m/s2 sen 37º = 0,6 cos 37º = 0,8

Um gás ideal encontra-se encerrado em um volume V a
uma pressão P e temperatura T. Se triplicarmos sua pressão e reduzirmos
seu volume à quarta parte, sua temperatura:

A)Aumentará 75%.
B)Aumentará 12 vezes.
C)Diminuirá 25%.
D)Diminuirá 12 vezes.
E)Aumentará 33,3%.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

Para resolver esse problema, vamos utilizar a equação de estado dos gases ideais:

PV = nRT

onde P é a pressão, V é o volume, n é a quantidade de substância, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura.

Se triplicarmos a pressão (P' = 3P) e reduzirmos o volume à quarta parte (V' = V/4), podemos rearranjar a equação de estado para encontrar a temperatura final:

P'V' = nRT'

Substituindo os valores, temos:

3P × (V/4) = nRT'

Dividindo ambos os lados pela equação de estado inicial (PV = nRT), obtemos:

(3/4) = T'/T

Portanto, a temperatura final é 75% da temperatura inicial. Isso significa que a temperatura:

Diminuirá 25%.

Logo, a resposta correta é a opção C) Diminuirá 25%.

Questão 3

A experiência mostra que, para todos os gases, as grandezas volume, V, temperatura, T, e
pressão, p, obedecem, aproximadamente, a uma equação denominada Equação de Clapeyron,
desde que os gases tenham baixas densidades, isso é, as temperaturas não devem ser muito
“baixas” e as pressões não devem ser muito “altas”. Isso levou os físicos a formularem o conceito
de gás ideal, que obedece à Equação de Clapeyron, em quaisquer condições.

Considere um recipiente em que há 3,0 litros do gás nitrogênio, N2, à pressão de 5,0atm e à
temperatura T. Em um segundo recipiente, há 2,0 litros do gás oxigênio, O2, à pressão de 4,0atm
e à mesma temperatura T. Esses gases são misturados em um recipiente de volume 10,0 litros,
mantido à mesma temperatura T.

Com base nessas informações, é correto afirmar:

A)A pressão da mistura é igual a 3,2atm.
B)A fração molar do gás nitrogênio corresponde a 40%.
C)A fração molar do gás oxigênio corresponde a 50%.
D)A massa molecular média da mistura é, aproximadamente, igual a 29,4 sendo as massas moleculares do N2 e O2, iguais, respectivamente, a 28 e 32.
E)A mistura apresenta um número total de oito mols.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é D)

Para resolver essa questão, é necessário aplicar a equação de estado dos gases ideais, que é dada por PV = nRT, onde P é a pressão do gás, V é o volume do gás, n é o número de moles do gás, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura do gás em Kelvin.Primeiramente, vamos calcular o número de moles de cada gás. Para o nitrogênio, temos: n(N2) = V / RT = 3,0 L / RT = 3,0 / RT molJá para o oxigênio, temos: n(O2) = V / RT = 2,0 L / RT = 2,0 / RT molComo os gases são misturados em um recipiente de volume 10,0 L, mantido à mesma temperatura T, podemos considerar que a pressão da mistura é a soma das pressões parciais de cada gás. Para calcular a pressão parcial de cada gás, vamos utilizar a lei de Dalton, que estabelece que a pressão total de uma mistura de gases é a soma das pressões parciais de cada gás.A pressão parcial do nitrogênio é dada por: P(N2) = (n(N2) / V) RT = (3,0 / 10,0) RT = 0,3 RT atmJá a pressão parcial do oxigênio é dada por: P(O2) = (n(O2) / V) RT = (2,0 / 10,0) RT = 0,2 RT atmA pressão total da mistura é então: P = P(N2) + P(O2) = 0,3 RT + 0,2 RT = 0,5 RT atmComo a pressão da mistura não é igual a 3,2 atm, a opção A está incorreta.Para calcular a fração molar do nitrogênio, vamos dividir o número de moles do nitrogênio pelo número total de moles da mistura: x(N2) = n(N2) / n(total) = 3,0 / (3,0 + 2,0) = 3,0 / 5,0 = 0,6 = 60%Já a fração molar do oxigênio é dada por: x(O2) = n(O2) / n(total) = 2,0 / 5,0 = 0,4 = 40%Portanto, a opção B está incorreta, e a opção C está correta.Para calcular a massa molecular média da mistura, vamos utilizar a fórmula: M médio = Σ xi Mionde xi é a fração molar de cada gás e Mi é a massa molecular de cada gás.M médio = 0,6(28) + 0,4(32) = 16,8 + 12,8 = 29,6Portanto, a opção D está correta.Por fim, para calcular o número total de moles da mistura, vamos somar o número de moles de cada gás: n(total) = n(N2) + n(O2) = 3,0 / RT + 2,0 / RT = 5,0 / RT molComo o número total de moles não é igual a 8, a opção E está incorreta.

Questão 4

Um sistema gasoso ocupa um volume de 0,8m3
sob pressão de 400N/m2
. Ao receber 600J de
calor, o sistema expande, sob pressão constante, atingindo um volume de 1,3m3
.

Desprezando-se perdas de calor para o meio ambiente, é correto afirmar que o trabalho realizado
e a variação de energia interna do gás, em kJ, são, respectivamente, iguais a

A)0,1 e 0,3
B)0,1 e 0,5
C)0,2 e 0,4
D)0,4 e 0,3
E)0,5 e 0,2

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula do trabalho realizado por um gás ideal em expansão isotérmica, que é dada por W = P × ΔV, onde W é o trabalho realizado, P é a pressão constante e ΔV é a variação de volume.

No problema, temos P = 400 N/m² e ΔV = V₂ - V₁ = 1,3 m³ - 0,8 m³ = 0,5 m³. Substituindo esses valores na fórmula, obtemos:

W = 400 N/m² × 0,5 m³ = 200 J = 0,2 kJ

Agora, vamos utilizar a equação de estado do gás ideal, que é dada por ΔE = Q - W, onde ΔE é a variação de energia interna, Q é o calor adicionado e W é o trabalho realizado. No problema, temos Q = 600 J = 0,6 kJ e W = 0,2 kJ. Substituindo esses valores na equação, obtemos:

ΔE = 0,6 kJ - 0,2 kJ = 0,4 kJ

Portanto, o trabalho realizado e a variação de energia interna do gás são, respectivamente, iguais a 0,2 kJ e 0,4 kJ.

A alternativa correta é a C) 0,2 kJ e 0,4 kJ.

Questão 5

Um cilindro, dotado de um êmbolo, contém inicialmente no seu interior 2,0 litros de um gás ideal
a uma pressão p e temperatura T.

Diminuindo-se sua pressão em 40% e aumentando-se seu volume em 60%, sua temperatura
será igual a

A)1,8T
B)0,96T
C)0,85T
D)0,79T
E)0,63T

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Um cilindro, dotado de um êmbolo, contém inicialmente no seu interior 2,0 litros de um gás ideal a uma pressão p e temperatura T.

Diminuindo-se sua pressão em 40% e aumentando-se seu volume em 60%, sua temperatura será igual a

A)1,8T
B)0,96T
C)0,85T
D)0,79T
E)0,63T

Para resolver esse problema, precisamos utilizar a equação dos gases ideais, que é dada por PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é a quantidade de substância em mols, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura. Como o problema não fornece a quantidade de substância em mols, podemos considerar que é constante e, portanto, podemos trabalhar apenas com a razão entre a pressão e o volume.

Inicialmente, temos uma pressão p e um volume de 2,0 litros. Depois de diminuir a pressão em 40%, temos uma pressão de 0,6p. Além disso, o volume aumenta em 60%, portanto, passa a ser de 3,2 litros. Substituindo esses valores na equação dos gases ideais, obtemos:

0,6p × 3,2 = nRT

Agora, dividindo ambos os lados pela equação inicial, que é p × 2,0 = nRT, obtemos:

(0,6p × 3,2) / (p × 2,0) = T' / T

Simplificando, obtemos:

0,96 = T' / T

Portanto, a temperatura final é igual a 0,96T, que é a opção B.

Questão 6

Gás natural veicular (GNV) é um combustível disponibilizado na forma gasosa, a cada dia mais utilizado
em automóveis como alternativa à substituição do consumo de gasolina e álcool. Uma das técnicas para
obter um abastecimento do gás natural preenchendo com mais conteúdo o cilindro é o resfriamento do
gás. Suponha que um automóvel possua um cilindro de 15m3
e que, ao utilizar-se o processo de
abastecimento com resfriamento, o gás retido no cilindro esteja a 7 ºC, com pressão de 140 atm. Após um
certo tempo decorrido, ao final do abastecimento, as trocas de calor entre o gás, o cilindro e o ambiente
externo fazem com que a temperatura interna do cilindro passe a 17 °C. Determine a pressão do gás GNV
dentro do cilindro a 17°C, sabendo que a transformação gasosa em seu interior consiste numa
transformação isovolumétrica.

A)135 atm.
B)150 atm.
C)145 atm.
D)130 atm.
E)340 atm.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

Para resolver esse problema, precisamos aplicar a lei de Charles, que relaciona a pressão e a temperatura de um gás ideal em uma transformação isovolumétrica. A lei de Charles pode ser expressa pela seguinte equação:P1 / T1 = P2 / T2onde P1 e T1 são a pressão e a temperatura iniciais do gás, e P2 e T2 são a pressão e a temperatura finais do gás.No problema, temos as seguintes informações:P1 = 140 atm T1 = 7 ºC = 280 K (convertendo a temperatura de Celsius para Kelvin) P2 = ? (é o que queremos encontrar) T2 = 17 ºC = 290 K (convertendo a temperatura de Celsius para Kelvin)Substituindo esses valores na equação da lei de Charles, obtemos:140 atm / 280 K = P2 / 290 KAgora, podemos resolver para P2:P2 = (140 atm × 290 K) / 280 K P2 = 145 atmPortanto, a resposta certa é C) 145 atm.É importante notar que a transformação isovolumétrica significa que o volume do gás não muda durante o processo, o que é fundamental para aplicar a lei de Charles.

Questão 7

Um gás ideal monoatômico, com n mols e inicialmente na temperatura absoluta T, sofre uma
expansão adiabática até que sua temperatura fique a um terço de sua temperatura inicial.

Logo, o gás:

A)absorveu uma quantidade de calor igual a nRT.
B)se expandiu isobaricamente.
C)realizou trabalho liberando uma quantidade de calor igual a nRT.
D)se expandiu aumentando sua energia interna de nRT.
E)realizou trabalho e sua energia interna diminuiu de nRT.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é E)

Logo, o gás:
realizou trabalho e sua energia interna diminuiu de nRT, pois, durante a expansão adiabática, não há transferência de calor entre o sistema e o meio externo (Q = 0). Desse modo, a energia interna do gás é convertida em trabalho realizado pelo gás ao se expandir. Como a temperatura final é um terço da temperatura inicial, a energia interna do gás diminuiu, e essa diminuição é igual a nRT.

É importante notar que a expansão adiabática é um processo que ocorre rapidamente, de modo que não há tempo para a transferência de calor entre o sistema e o meio externo. Além disso, como o gás é ideal, não há mudanças na sua energia interna devido a mudanças na configuração molecular ou variações na interação entre as moléculas.

Portanto, a opção E) é a resposta correta. A opção A) está errada pois, como mencionado anteriormente, não há transferência de calor durante a expansão adiabática. A opção B) também está errada pois a expansão é adiabática, e não isobarica. A opção C) está errada pois o gás não libera calor, e sim realiza trabalho. A opção D) está errada pois a energia interna do gás diminui, e não aumenta.

Em resumo, a expansão adiabática do gás ideal monoatômico resulta na realização de trabalho e na diminuição da energia interna do gás, o que é consistente com a opção E). É fundamental compreender os conceitos de termodinâmica para resolver problemas desse tipo com precisão.

Questão 8

Assinale a alternativa correta.

A)A deposição de gelo num avião em voo se dá quando ele penetra em zona de ar supersaturado.
B)Quando os líquidos passam ao estado gasoso, as moléculas apresentam notável aumento no movimento de translação.
C)As lâmpadas elétricas incandescentes são praticamente vazias, no entanto o bulbo se aquece durante o funcionamento. Este fato se deve à energia radiante emitida pelo filamento.
D)Encanamentos para vapor ou água quente são revestidos com amianto ou lã de vidro, para impedir as trocas de calor por radiação.
E)O funcionamento dos refrigeradores elétricos se baseia no fato de que a compressão de um vapor libera calor.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é B)

Resposta: B) Quando os líquidos passam ao estado gasoso, as moléculas apresentam notável aumento no movimento de translação.

Essa é a alternativa correta pois, quando uma substância passa do estado líquido para o estado gasoso, as moléculas ganham energia e, consequentemente, aumentam seu movimento de translação. Isso ocorre porque as moléculas precisam superar as forças intermoleculares que as mantêm unidas no estado líquido, o que requer uma aumento de energia.

Já as outras alternativas estão erradas. A alternativa A) está errada pois a deposição de gelo num avião em voo se dá quando o avião penetra em uma zona de ar supersaturado de vapor d'água, mas isso não é diretamente relacionado à deposição de gelo.

A alternativa C) está errada pois, embora as lâmpadas elétricas incandescentes sejam praticamente vazias, o bulbo se aquece durante o funcionamento devido à resistência ao fluxo de elétrons no filamento, e não devido à energia radiante emitida pelo filamento.

A alternativa D) está errada pois os encanamentos para vapor ou água quente são revestidos com amianto ou lã de vidro para impedir as trocas de calor por convecção, e não por radiação.

E a alternativa E) está errada pois o funcionamento dos refrigeradores elétricos se baseia no fato de que a compressão de um vapor aumenta sua temperatura, e não que libere calor.

Questão 9

Considere um tubo vertical fechado na extremidade
inferior que aprisiona um gás ideal em seu interior por meio
de um leve êmbolo situado na extremidade oposta. Lentamente, o êmbolo é pressionado até que o volume do gás
se reduz à metade. Considere duas formas de fazer isso.
No processo I, o tubo é mantido em contato térmico com
um grande recipiente com água. No processo II, o tubo é
isolado termicamente do ambiente.

As descrições dos processos I e II e a avaliação das variações de energia interna correspondem a:

A)Processo I: compressão isotérmica; Processo II: compressão adiabática; A energia interna do gás aumenta nos dois processos
B)Processo I: compressão adiabática; Processo II: compressão isotérmica; A energia interna do gás aumenta nos dois processos.
C)Processo I: compressão isotérmica; Processo II: compressão adiabática; A energia interna do gás aumenta somente no segundo processo.
D)Processo I: compressão adiabática; Processo II: compressão isotérmica; A energia térmica do gás aumenta somente no segundo processo.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é C)

Ao analisar os processos I e II, podemos concluir que, no processo I, o tubo é mantido em contato térmico com um grande recipiente com água. Isso significa que a temperatura do gás ideal dentro do tubo permanece constante durante a compressão, pois o calor pode ser transferido entre o tubo e o recipiente de água. Portanto, o processo I é uma compressão isotérmica, onde a temperatura do gás não muda, mas o volume é reduzido à metade.

Já no processo II, o tubo é isolado termicamente do ambiente, o que significa que não há transferência de calor entre o tubo e o ambiente. Nesse caso, a energia utilizada para comprimir o gás é convertida em energia interna do gás, aumentando sua temperatura. Isso caracteriza uma compressão adiabática, onde a temperatura do gás aumenta, mas não há troca de calor com o ambiente.

Agora, vamos analisar como esses processos afetam a energia interna do gás. No processo I, a compressão isotérmica não muda a energia interna do gás, pois a temperatura permanece constante. Já no processo II, a compressão adiabática aumenta a energia interna do gás, pois a temperatura aumenta.

Portanto, a resposta correta é a opção C) Processo I: compressão isotérmica; Processo II: compressão adiabática; A energia interna do gás aumenta somente no segundo processo.

Essa resposta pode ser facilmente entendida se considerarmos as características dos processos isotérmico e adiabático. A compressão isotérmica não muda a energia interna do gás, pois a temperatura permanece constante, enquanto a compressão adiabática aumenta a energia interna do gás, pois a temperatura aumenta.

Além disso, é importante notar que a energia interna do gás é uma função da temperatura do gás. Portanto, quando a temperatura do gás aumenta, a energia interna também aumenta. Isso ocorre no processo II, mas não no processo I, pois a temperatura permanece constante.

Em resumo, a resposta correta é a opção C) porque o processo I é uma compressão isotérmica, que não muda a energia interna do gás, enquanto o processo II é uma compressão adiabática, que aumenta a energia interna do gás.

Continua após a publicidade..

Questão 10

Um gás ideal, inicialmente na pressão p1 = 0,3atm, ocupa um volume V1 = 0,1 litro e está a uma
temperatura T1 = 300,0K sendo aquecido à pressão constante até atingir o volume V2 = 0,4 litros.

Considerando-se 1,0atm = 105
N/m2
, é correto afirmar:

A)O trabalho realizado durante a expansão foi de 6,0J.
B)O gás atingiu a temperatura T2 = 800,0K após a expansão.
C)O trabalho realizado, durante todo o processo, foi de 30,0kJ.
D)A quantidade de calor trocada pelo gás e o exterior, durante todo o processo, foi de 20,0J.
E)O gás, após ser resfriado, isocoricamente, até alcançar a pressão de 0,1atm, atinge a temperatura de 400,0K.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é E)

Para resolver este problema, é necessário aplicar a equação de estado dos gases ideais, que relaciona a pressão, volume e temperatura de um gás ideal. A equação é dada por:

PV = nRT

Onde P é a pressão do gás, V é o volume do gás, n é a quantidade de substância do gás (em moles), R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura do gás em Kelvin.

No problema, temos que o gás inicialmente está a uma pressão p1 = 0,3atm, volume V1 = 0,1 litro e temperatura T1 = 300,0K. Depois de ser aquecido à pressão constante, o volume do gás aumenta para V2 = 0,4 litros.

Para encontrar a temperatura final do gás, podemos utilizar a equação de estado dos gases ideais. Como a pressão é constante, podemos escrever:

p1V1 = p2V2

Como a pressão é constante, p1 = p2. Logo, podemos escrever:

V1 = V2(T2/T1)

Substituindo os valores dados, temos:

0,1 = 0,4(T2/300,0)

Resolvendo para T2, encontramos:

T2 = 750,0K

Agora, para encontrar a resposta correta, precisamos analisar as opções dadas. A opção A) está errada, pois o trabalho realizado durante a expansão não é de 6,0J. A opção B) também está errada, pois a temperatura final do gás não é de 800,0K.

A opção C) está errada, pois o trabalho realizado durante todo o processo não é de 30,0kJ. A opção D) também está errada, pois a quantidade de calor trocada pelo gás e o exterior durante todo o processo não é de 20,0J.

A opção E) é a correta, pois após ser resfriado isocoricamente até alcançar a pressão de 0,1atm, o gás atinge a temperatura de 400,0K. Isso pode ser comprovado utilizando a equação de estado dos gases ideais novamente.

Portanto, a resposta correta é a opção E).

1 2 3 … 10 Próximo »