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Acerca das afirmações A1, A2 e A3 abaixo é CORRETO afirmar:


A1– Considere que um cilindro de cobre de massa M, à temperatura de 80 ºC, é completamente mergulhado em água, a 20 ºC, contida num recipiente isolante de calor. Considere que a massa de água é igual à massa do cilindro de cobre. Sabendo que o calor específico da água é cerca de 10 vezes maior que o do cobre, a temperatura de equilíbrio da água será de 50 ºC.


A2– A quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um gás ideal em 1 ºC é menor sob pressão constante do que sob volume constante.


A3– A pressão de um gás ideal em um container de volume constante é proporcional à energia cinética média das moléculas do gás.

Resposta:

A alternativa correta é letra D) A1 e A2 são falsas, A3 é verdadeira.

Vamos analisar cada uma das afirmações:

 

A1- Considere que um cilindro de cobre de massa M, à temperatura de 80 ºC, é completamente mergulhado em água, a 20 ºC, contida num recipiente isolante de calor. Considere que a massa de água é igual à massa do cilindro de cobre. Sabendo que o calor específico da água é cerca de 10 vezes maior que o do cobre, a temperatura de equilíbrio da água será de 50 ºCINCORRETA.

Como o sistema é isolado, podemos escrever:

 

Q_{água} + Q_{cobre} =0

 

Q_{água} = - Q_{cobre}

 

Onde Q = mc Delta theta, temos:

 

cancel M cdot c_{água} cdot ( theta_f - 20) =- cancel M cdot c_{cobre} cdot ( theta_f - 80)

 

Como c_{água} = 10 c_{cobre}, temos:

 

10 cancel {c_{cobre}} cdot ( theta_f - 20) =- cancel {cdot c_{cobre}} cdot ( theta_f - 80)

 

10 cdot theta_f - 10 cdot 20 = - theta_f + 80

 

11 cdot theta_f = 280

 

theta_f = dfrac {280}{11}

 

theta_f approx 25,45 °C

 

Portanto, a afirmação está incorreta.


A2- A quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um gás ideal em 1 ºC é menor sob pressão constante do que sob volume constante. INCORRETA.

A temperatura de um gás é associada ao grau de agitação das partículas desse gás e é proporcional à energia interna Delta U. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia interna durante uma transformação é dada por:

 

Delta U=Q - W

 

Onde Q é o calor transferido para o sistema e W é o trabalho realizado pelo sistema. Assim, podemos escrever:

 

Q = Delta U + W

 

Em uma transformação sob volume constante, o trabalho realizado pelo sistema é zero. Assim, todo o calor transferido para o sistema é responsável pela variação da energia interna. Logo, podemos dizer que a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um gás ideal em 1 ºC é MAIOR sob pressão constante do que sob volume constante.

 

A3- A pressão de um gás ideal em um container de volume constante é proporcional à energia cinética média das moléculas do gás. CORRETA.

De acordo com a teoria cinética dos gases, a pressão na superfície de contato de um gás é causado pela colisão de suas moléculas, que se movem devido à energia cinética média das moléculas do gás. Alternativa correta.

 

Portanto, a alternativa correta é a letra (D), as afirmações A1 e A2 são falsas, A3 é verdadeira.

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