Questões Sobre Termologia - Física - concurso
181) Uma câmara hiperbárica de uso terapêutico é um ambiente hermeticamente fechado e de volume fixo em que um paciente inala oxigênio puro a uma pressão em geral maior que a do meio exterior.
- A) será dividida por um fator de 1,02.
- B) será multiplicada por um fator de 0,51.
- C) será dividida por um fator de 0,51.
- D) será multiplicada por um fator de 1,02.
- E) será dividida por um fator de 2,04.
A alternativa correta é letra D) será multiplicada por um fator de 1,02.
Gabarito: LETRA D.
De acordo com a lei dos gases ideais, podemos escrever:
dfrac { P_1 cdot V_1 } { T_1 } = dfrac { P_2 cdot V_2 } { T_2 }
Como a câmara hiperbárica apresenta volume fixo, ou seja, V_2 = V_1, a equação acima se torna:
dfrac { P_1 cdot cancel { V_1 } } { T_1 } = dfrac { P_2 cdot cancel { V_1 } } { T_2 }
dfrac { P_1} { T_1 } = dfrac { P_2 } { T_2 }
Então, se a temperatura absoluta no interior da câmara for multiplicada por um fator de 1,02, ou seja, T_2 = 1,02 cdot T_1, a pressão em seu interior é dada por:
dfrac { P_1} { cancel { T_1 } } = dfrac { P_2 } { 1,02 cdot cancel { T_1 } }
P_2 = 1,02 cdot P_1
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
182) Um gás ideal encontra-se, inicialmente, a uma pressão p_0, ocupando um volume V_0 e a uma temperatura absoluta T_0. O gás passa por uma transformação isovolumétrica em que a sua pressão dobra. Em seguida, o gás passa por uma transformação isotérmica em que a sua pressão dobra novamente. O volume final do gás ideal, após as duas transformações, é dado por
- A) V_0/2
- B) V_0
- C) 2V_0
- D) 4V_0
- E) 8V_0
A alternativa correta é letra A) V_0/2
Gabarito: LETRA A.
De acordo com a lei dos gases ideais, temos que:
dfrac { P_0 cdot V_0 } { T_0 } = dfrac { P_1 cdot V_1 } { T_1 } = dfrac { P_2 cdot V_2 } { T_2 }
De acordo com o enunciado, temos que T_2 = T_1 e P_2 = 2 P_1. Assim, da equação acima, temos que:
dfrac { cancel { P_1 } cdot V_1 } { cancel { T_1 } } = dfrac { 2 cancel { P_1 } cdot V_2 } { cancel { T_1 } }
V_1 = 2 V_2
V_2 = dfrac { V_1 } 2
Porém, como o enunciado menciona, a primeira transformação é isovolumétrica, ou seja, temos que V_1 = V_0. Assim, a equação acima se torna:
V_2 = dfrac { V_0 } 2
Portanto, a resposta correta é a alternativa (a).
183) Uma quantidade fixa de um gás ideal é mantida a temperatura constante, e seu volume varia com o tempo de acordo com a seguinte fórmula:
- A) t = 0,4.
- B) t= 0,5.
- C) t= 1.
- D) t = 1,5.
- E) t =2.
A alternativa correta é letra D) t = 1,5.
Para uma quantidade fixa de gás ideal, a relação dfrac{pV}{T} é constante:
dfrac{pV}{T} = k
Em que p é a pressão, T é a temperatura, e k é uma constante.
É dado que a temperatura é mantida constante. Sendo assim, o produto T times k será também constante, a qual chamaremos de k_2:
pV = T times k
pV = k_2
to V = dfrac{k_2}{P}
Da equação acima, vemos que o volume e pressão são grandezas inversamente proporcionais: quanto menor o volume, maior a pressão.
Portanto, a maior pressão ocorrerá para recipiente com volume mínimo.
Note que o volume é dado por uma função logarítmica com base maior que 1:
V(t) = log_2 (5 + 2 sin ( pi t)), ~ 0 le t le 2
Nesse caso, a função é crescente: quanto menor o logaritmando "5 + 2 sin ( pi t)", menor será o volume (e, consequentemente, maior será a pressão).
A função sin ( x) tem valor mínimo igual a -1, o que ocorre, no intervalo 0 le x le 2 pi, para x= dfrac{3 pi}{2}.
De forma similar, "5 + 2 sin ( pi t)" terá seu valor mínimo para:
pi t = dfrac{3 pi}{2}
Resolvemos a equação:
t = dfrac{3}{2} = 1,5 hora
Para o tempo de 1,5 hora, o volume atinge seu valor mínimo, o que implica em pressão máxima.
Gabarito: Letra D.
184) De quanto em quanto tempo os pneus devem ser
- A) ΔT
- B) PΔT
- C) frac{PΔT}{T}
- D) frac{PT}{ΔT}
- E) frac{P}{TΔT}
A alternativa correta é letra C) frac{PΔT}{T}
Visto que o volume permanece constante, temos:
(dfrac{P}{T})_{i} = (dfrac{P}{T})_{f}
P_f = dfrac{P_i times T_f}{T_i}
Como P_f e T_f podem ser considerados um acréscimo/decréscimo de pressão relacionada a pressão inicial, a notação em Delta P e Delta T se mantém correta.
Gabarito: LETRA C.
185) Durante um experimento, um gás perfeito é comprimido, adiabaticamente, sendo realizado sobre ele um trabalho de 800 J. Em relação ao gás, ao final do processo, podemos afirmar que:
- A) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão aumentou.
- B) o volume diminuiu, a temperatura diminuiu e a pressão aumentou.
- C) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu.
- D) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão aumentou.
- E) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu.
A alternativa correta é letra D) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão aumentou.
Gabarito: LETRA D.
A compressão adiabática é um processo em que um gás é reduzido em volume sem trocar calor com o ambiente externo. Nesse tipo de processo, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, toda a energia fornecida é utilizada para realizar trabalho sobre o gás, aumentando sua energia interna.
A primeira lei da termodinâmica, também conhecida como princípio da conservação de energia para sistemas termodinâmicos, estabelece que quando calor é fornecido a um sistema, parte desse calor pode ser utilizado para realizar trabalho enquanto o restante aumenta a energia interna do sistema. Matematicamente, essa lei é descrita pela seguinte equação:
Q = Delta U + W
Se o sistema não troca calor, temos que Q = 0. Logo,
0 = Delta U + W
Delta U = - W
Ao ser comprimido, o volume do gás diminuiu. Nesse caso, o trabalho é considerado negativo (W lt 0), pois o ambiente realiza trabalho sobre o gás. Assim, da equação acima, temos que a variação da energia interna é positiva, ou seja, Delta U gt 0. Isso significa que o sistema ganhou energia interna, ou seja, aumentou a temperatura.
Esse aumento de energia interna se manifesta como um aumento na velocidade e agitação das moléculas do gás, resultando em um aumento de sua temperatura. Como a pressão de um gás está diretamente relacionada à energia cinética de suas moléculas e à temperatura, o aumento de energia interna durante a compressão adiabática leva a um aumento na pressão do gás.
Portanto, a resposta correta é a alternativa (d).
186) Em um cilindro isolado termicamente por um pistão de peso desprezível encontra-se m = 30 g de água a uma temperatura de 0oC. A área do pistão é S = 512 cm2, a pressão externa é p = 1 atm. Determine a que altura, aproximadamente, eleva-se o pistão, se o aquecedor elétrico, que se encontra no cilindro, desprende Q = 24 200 J.
- A) 1,6 cm
- B) 8,0 cm
- C) 17,0 cm
- D) 25,0 cm
- E) 32,0 cm
A alternativa correta é letra C) 17,0 cm
Gabarito: LETRA C.
Primeiramente, vamos calcular a massa de vapor formada após o fornecimento de calor pelo aquecedor elétrico. Sabemos que Q é utilizado para aquecer a água de 0°C até 100°C. Assim, temos que
Q = Q_{aquecimento} + Q_{vaporização}
Logo,
Q = m_{água} cdot c_{água} cdot Delta theta_{água} + m_{vapor} cdot L_{vaporização}
dfrac { 24200 } { 4,2 } = 30 cdot 1,0 cdot left( 100 - 0 right) + m_{vapor} cdot 540
dfrac { 24200 } { 4,2 } = 3000 + m_{vapor} cdot 540
dfrac { 24200 -12600 } { 4,2 } = m_{vapor} cdot 540
m_{vapor} cdot 540 = dfrac { 11600 } { 4,2 }
m_{vapor} = dfrac { 11600 } { 4,2cdot 540 }
m_{vapor} approx 5 , g
Sabendo a massa de vapor, podemos calcular seu volume na temperatura de 100°C (373 K) utilizando a equação dos gases ideais
PV = nRT
Logo,
PV = dfrac { m_{vapor} } { M_{vapor} } RT
V = dfrac { m_{vapor} RT } { M_{vapor} P }
V = dfrac { 5 cdot 0,082 cdot 373 } { 18 cdot 1 }
V approx 8,5 , L = 8500 , cm^3
Agora, sabendo o volume da porção de vapor gerada e a área do pistão, podemos calcular a altura
V = A cdot h
h = dfrac { V } { A }
h = dfrac { 8500 } { 512 }
h approx 17 , cm
Portanto, a resposta correta é a alternativa (c).
187) O processo de expansão ou compressão de um gás em um curto intervalo de tempo pode representar um processo termodinâmico que se aproxima de um processo adiabático. Como exemplo, pode-se mencionar a expansão de gases de combustão em um cilindro de motor de automóvel em alta rotação. É correto afirmar que, em um processo adiabático no sistema,
- A) a temperatura é constante e o trabalho realizado pelo sistema é nulo.
- B) não há transferência de calor.
- C) a pressão e o volume são constantes.
- D) a energia interna é variável e a pressão é constante.
A alternativa correta é letra B) não há transferência de calor.
Pessoal, questão direta que pede o conceito de processo adiabático.
Processo adiabático é aquele que não há transferência de calor. Normalmente ele ocorre em processos de rápidas compressão/expansão de um gás, de forma que ele não tem tempo de troca de calor com o ambiente, como é o caso do motor de um automóvel a combustão citado.
Gabarito: LETRA B.
188) Em um gás ideal, a pressão, o volume e a temperatura são relacionados pela equação PV=nRT. Para esse gás, a razão entre a pressão e a temperatura é
- A) inversamente proporcional à densidade do gás.
- B) não depende da densidade do gás.
- C) diretamente proporcional ao quadrado da densidade do gás.
- D) diretamente proporcional à densidade do gás.
A alternativa correta é letra D) diretamente proporcional à densidade do gás.
Rearranjando a equação, temos
dfrac{P}{T} = dfrac{n R}{V}
dfrac{P}{T} = rho times R
Aonde rho é a densidade do gás dada em mols/L ou mols/m3.
Logo, percebam que a relação P/T é diretamente proporcional a densidade do gás.
Gabarito: LETRA D.
189) Um recipiente fechado contém um gás ideal em condições tais que o produto nRT sempre é constante, onde n é o número de moles do gás, T sua temperatura e R a constante universal dos gases perfeitos. Sobre o gás, é correto afirmar que
- A) sua energia interna é constante.
- B) sua pressão pode variar sem que haja variação em seu volume.
- C) seu volume pode variar sem que haja variação em sua pressão.
- D) sua pressão é diretamente proporcional ao seu volume.
A alternativa correta é letra A) sua energia interna é constante.
Pessoal, podemos resolver essa questão de duas formas.
A primeira, é verificando a Lei de Joule para cálculo de energia interna
U = dfrac{3}{2} n R T
Como a questão fala que o produto nRT é constante, temos nosso gabarito de cara na letra A.
A segunda forma, é aplicando PV = nRT, supondo que o aluno esquecesse da Lei de Joule acima mencionada.
Por exclusão, chegaríamos ao gabarito.
b) sua pressão pode variar sem que haja variação em seu volume.
ERRADA. São inversamente proporcionais, quando uma aumenta a outra diminui.
c) seu volume pode variar sem que haja variação em sua pressão.
ERRADA. São inversamente proporcionais, quando uma aumenta a outra diminui.
d) sua pressão é diretamente proporcional ao seu volume.
ERRADA. São inversamente proporcionais, quando uma aumenta a outra diminui.
Gabarito: LETRA A.
190) Considere dois sistemas compostos por gases ideais, com massas moleculares diferentes, cada um em um recipiente com isolamento térmico. A pressão, o volume e a temperatura são tais que frac {PV}{RT} é o mesmo para ambos. É correto afirmar que
- A) o número de moles de gás em cada recipiente é igual, assim como as massas também são iguais.
- B) o número de moles de gás em cada recipiente é diferente, mas as massas são iguais.
- C) o número de moles de gás em cada recipiente é igual, mas as massas são diferentes.
- D) o número de moles de gás em cada recipiente é diferente, assim como as massas são diferentes.
A alternativa correta é letra C) o número de moles de gás em cada recipiente é igual, mas as massas são diferentes.
O que a questão fez foi, basicamente, isolar o número de mols de um gás.
PV = nRT
n = frac{PV}{RT}
dfrac{m}{MM} = frac{PV}{RT}
Logo, como falou que a segunda relação é igual para os dois gases, temos que o número de mols são iguais (alternativa A ou C).
Porém, as massas moleculares são distintas, de forma que a massa m tem que variar para manter o número de mols n no mesmo valor.
Gabarito: LETRA C.