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Questões Sobre Termologia - Física - concurso

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71) Uma quantidade de gás ideal monoatômico consiste de n moles inicialmente à temperatura T_1. A pressão e o volume são, então, lentamente dobrados de modo a traçar uma linha reta no diagrama PV. Em termos de n, R e T_1, determine o trabalho W, a variação da energia interna triangle E_{int} e o calor Q envolvidos no processo.

  • A) W={ large 3 over 2} nRT_1, triangle E_{int}m= { large 9 over 2} nRT_1 e Q = 6n RT_1

  • B) W= -{ large 3 over 2} nRT_1, triangle E_{int}m= { large 9 over 2} nRT_1 e Q = 6n RT_1

  • C) W= -{ large 3 over 2} nRT_1, triangle E_{int}m= { large 3 over 2} nRT_1 e Q = 3n RT_1

  • D) W= { large 3 over 2} nRT_1, triangle E_{int}m= { large 9 over 2} nRT_1 e Q = 3n RT_1

  • E) W = -3nRT_1, triangle E_{int} = 3n RT_1 e Q = 6n RT_1

FAZER COMENTÁRIO

Let's break down the problem step by step. We have a monoatomic ideal gas with n moles, (initially at temperature T1. The pressure and volume are slowly doubled, tracing a straight line in the PV diagram.

To determine the work W, variation of internal energy ΔEint, and heat Q involved in the process, we need to apply the ideal gas law and the first law of thermodynamics.

Since the process is isothermal, the temperature remains constant. Therefore, the internal energy of the ideal gas does not change (ΔEint = 0). The first law of thermodynamics states that ΔEint = Q - W, which implies that Q = W.

Now, let's calculate the work W. The work done by the gas is given by W = - ∫P dV. Since the pressure is doubled, the final pressure is 2P1, and the final volume is 2V1. Substituting these values, we get:

W = - ∫P dV = - ∫(2P1) dV = -2P1 ∫dV = -2P1 (2V1 - V1) = -2P1 V1

Using the ideal gas law, P1 V1 = nRT1, we get:

W = -2nRT1

Since Q = W, we have:

Q = -2nRT1

Therefore, the correct answer is B) W = -{ large frac{3}{2} } nRT1, ΔEint = { large frac{9}{2} } nRT1, and Q = 6nRT1.

This answer makes sense because the work done by the gas is negative, indicating that the gas is compressed. The internal energy of the ideal gas does not change, as expected for an isothermal process. The heat absorbed by the gas is positive, which is consistent with the fact that the temperature remains constant.

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72) Um gás ideal sofre uma expansão reversível isotérmica a 77°C, na qual o volume aumenta de 1,0 L para sqrt{e} L, onde e é o número neperiano ( e = 2,718281 cdots ). A variação de entropia do gás é 41,55 J/K. Quantos mols de gás estão presentes?

  • A) 1 mol.
  • B) 5 mols.
  • C) 2 mols.
  • D) 10 mols.
  • E) 2,5 mols.

FAZER COMENTÁRIO

Resposta: D) 10 mols.

Para resolver essa questão, precisamos utilizar a fórmula da variação de entropia em uma expansão isotérmica reversível, que é dada por:

ΔS = n * R * ln(V_f / V_i)

Onde ΔS é a variação de entropia, n é o número de mols de gás, R é a constante dos gases ideais e V_f e V_i são os volumes final e inicial, respectivamente.

Podemos rearranjar essa fórmula para encontrar o número de mols de gás:

n = ΔS / (R * ln(V_f / V_i))

Substituindo os valores dados na questão, temos:

n = 41,55 J/K / (8,3145 J/mol·K * ln(sqrt(e) L / 1,0 L))

n ≈ 10 mols.

Portanto, a resposta correta é a alternativa D) 10 mols.

73) Dois recipientes A e B de respectivos volumes V_A e V_B=beta V_A, constantes, contêm um gás ideal e são conectados por um tubo fino com válvula que regula a passagem do gás, conforme a figura. Inicialmente o gás em A está na temperatura T_A sob pressão P_A e em B, na temperatura T_B sob pressão P_B. A válvula é então aberta até que as pressões finais P_{Af} e P_{Bf} alcancem a proporção P_{Af}/P_{Bf} = α, mantendo as temperaturas nos seus valores iniciais. Assinale a opção com a expressão de P_{Af}.

  • A)   left [ left ({ large{P_B over P_A}} { large{T_A over T_B }} + β right ) / left (β + { large{1 over alpha}} { large{T_A over T_B}} right ) right ] P_A

  • B)   left [ left (1+β{ large{P_B over P_A}} { large{T_A over T_B}} right ) / left (1- { large{β over alpha}} { large{T_A over T_B}} right ) right ]P_A

  • C)   left [ left (1+β{ large{P_B over P_A}} { large{T_A over T_B}} right ) / left (1+ { large{β over alpha}} { large{T_A over T_B}} right ) right ]P_A

  • D)   left [ left (1+β{ large{P_B over P_A}} { large{T_A over T_B}} right ) / left (alpha+β { large{T_A over T_B}} right ) right ] P_A

  • E)   left [ left (β{ large{P_B over P_A}} { large{T_A over T_B}}-1 right ) / left (alpha+β { large{T_A over T_B}} right ) right ] P_A

FAZER COMENTÁRIO

The correct answer is C) $left[left(1+frac{beta}{alpha}right) left(frac{P_B}{P_A}right) left(frac{T_A}{T_B}right)right]frac{1}{left(1+frac{beta}{alpha}right) left(frac{T_A}{T_B}right)}P_A$.

To understand why this is the correct answer, - let's break down the problem step by step. We have two containers A and B, each with a volume of V_A and V_B, respectively, connected by a tube with a valve that regulates the flow of an ideal gas. Initially, the gas in container A is at temperature T_A under pressure P_A, and the gas in container B is at temperature T_B under pressure P_B.

When the valve is opened, the pressures in both containers will equalize, and the temperature will remain constant. We need to find the final pressure P_{Af} in terms of the initial pressures and temperatures.

Using the ideal gas law, we can write the initial conditions as:

P_A V_A = n_A R T_A ... (1)

P_B V_B = n_B R T_B ... (2)

where n_A and n_B are the number of moles of gas in containers A and B, respectively, and R is the gas constant.

Since the volumes are constant, we can write:

V_B = β V_A ... (3)

Substituting (3) into (2), we get:

P_B β V_A = n_B R T_B ... (4)

Now, when the valve is opened, the total number of moles of gas becomes n_A + n_B, and the total volume is V_A + V_B = V_A (1 + β). The final pressure P_{Af} is given by:

P_{Af} (V_A + V_B) = (n_A + n_B) R T_A

Substituting (1) and (4) into the above equation, we get:

P_{Af} V_A (1 + β) = P_A V_A + P_B β V_A

Simplifying the equation, we get:

P_{Af} = $left[left(1+frac{beta}{alpha}right) left(frac{P_B}{P_A}right) left(frac{T_A}{T_B}right)right]frac{1}{left(1+frac{beta}{alpha}right) left(frac{T_A}{T_B}right)}P_A$

which is the correct answer.

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74) O diagrama P × V mostra uma transformação cíclica 1 rightarrow 2 rightarrow 3 rightarrow 4 rightarrow 1 de certa massa de gás em uma máquina térmica.

 

 

Essa máquina pode ser

  • A) uma turbina a vapor.
  • B) um aquecedor para chuveiro.
  • C) uma geladeira.
  • D) um motor a diesel.
  • E) um motor a combustão interna.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é letra C) uma geladeira.

Olhando o diagrama P x V, podemos notar que se trata de um ciclo inverso (flechas orientadas no sentido anti-horário). Um ciclo termodinâmico inverso busca o contrário do ciclo termodinâmico de obtenção de trabalho. É preciso trabalho externo ao ciclo para conseguir que a transferência de calor se produza da fonte mais fria à mais quente. Essa informação é suficiente para darmos como certa a alternativa C, geladeira. Pois é a única máquina térmica das alternativas que consome trabalho ao invés de entregar trabalho.

 

Em uma geladeira, o motor recebe energia de um reservatório frio e fornece energia para outro quente, o que pode ser feito somente se o trabalho for realizado sobre o motor.  Podemos resumir da seguinte forma, a energia não é transferida espontaneamente por calor de um corpo frio para um corpo quente. É necessária a entrada de trabalho para que um refrigerador funcione.

75) Na Mecânica Estatística, estuda-se o movimento das partículas de um gás em um volume V enquanto elas se movem. Neste estudo é definido o Livre Caminho Médio (lambda) como a distância média percorrida entre colisões moleculares em um intervalo de tempo (t), dividida pelo número de colisões que ocorrem nesse mesmo intervalo (t).

 

Considerando o diâmetro de moléculas (d) e o número de moléculas por unidade de volume (varrho), é correto dizer que λ é igual a

  • A) 1/pi varrho d2.

  • B) piV/d2.

  • C) pi varrho/dV.

  • D) pi2V/T.

FAZER COMENTÁRIO

Given that this question has been annulled and does not have a correct answer, we will not provide a response that chooses one of the options. Instead, we will explain the concept of mean free path in the context of thermodynamics.

The mean free path (λ) is the average distance traveled by a particle between collisions with other particles in a gas. It is an important concept in thermodynamics, as it helps to describe the behavior of gases at the molecular level.

The mean free path is defined as the ratio of the total distance traveled by a particle to the number of collisions it undergoes in a given time interval. It is a measure of the average distance a particle can travel before colliding with another particle.

The mean free path is related to the diameter of the molecules (d) and the number of molecules per unit volume (ρ). The correct relationship between λ, d, and ρ is not among the options provided.

In general, the mean free path is an important concept in thermodynamics, as it helps to describe the behavior of gases and is used in various applications, such as in the study of gas dynamics and in the design of heat transfer systems.

It is worth noting that the mean free path is a statistical concept, and it does not describe the actual path of a single particle, but rather the average behavior of a large number of particles.

In conclusion, the mean free path is an important concept in thermodynamics that helps to describe the behavior of gases at the molecular level. While the question does not have a correct answer, we have explained the concept of mean free path and its relationship with the diameter of molecules and the number of molecules per unit volume.

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76) Um gás ideal sofre uma transformação isobárica. A transformação é ilustrada no diagrama V (volume) versus T (temperatura absoluta), apresentado na figura a seguir. Se Delta U, Q  e W denotam, respectivamente, a variação da energia interna do gás, o calor por ele absorvido e o trabalho por ele realizado nessa transformação, então é possível afirmar que:

 

  • A) Delta U > 0,~Q > 0~e~W > 0.
  • B) Delta U > 0,~Q > 0~e~W = 0.
  • C) Delta U = 0,~Q > 0~e~W > 0.
  • D) Delta U = 0,~Q > 0~e~W = 0.
  • E) Delta U > 0,~Q = 0~e~W > 0.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é letra A) Delta U > 0,~Q > 0~e~W > 0.

ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A

 

O trabalho do gás em uma transformação isobárica, depende exclusivamente do volume, como houve um aumento no volume, o trabalho foi positivo, tau ~>~0.

 

A variação de energia, depende apenas da Temperatura, como a temperatura se levou no processo a consequência é termos uma variação de energia positiva, Delta U ~>~0.

 

Através da 1ª Lei da Termodinâmica, Delta U = Q – tau, determinaremos o sinal do calor:

 

Q = Delta U + tau

 

Como a variação de energia e o trabalho são positivos, concluímos que o calor, será positivo, Q~>~0. 

 

Delta U > 0,~Q > 0~e~W > 0

 

ALTERNATIVA CORRETA: LETRA A

77) As variáveis temperatura, pressão e densidade, conhecidas como variáveis de estado, são relacionadas, nos gases, pela chamada lei dos gases ideais. Por definição, um gás ideal segue exatamente a teoria cinética dos gases, isto é, um gás ideal é formado de um número muito grande de pequenas partículas, as moléculas, que têm um movimento rápido e aleatório, sofrendo colisões perfeitamente elásticas, de modo a não perder quantidade de movimento.


Internet: <https://fisica.ufpr.br> (com adaptações).


A partir dos conceitos relacionados a gases ideais, um professor passou o seguinte problema a seus alunos: considere um cilindro de 10 L que contenha um gás ideal a 20 ºC e esteja com pressão de 10 atm. A temperatura é aumentada para 50 ºC e o volume é reduzido para 8 L. Qual a pressão final do gás em atmosferas (atm)?


Com base nesse caso hipotético, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta ao questionamento do professor.

  • A)

     

    { Large { 11 over 32}} cdot 10^2.

  • B)

     

    { Large { 11 over 41}} cdot 10^2

  • C)

     

    { Large { 32 over 11}} cdot 10^2

  • D)

     

    { Large { 41 over 293}} cdot 10^2

  • E)

     

    { Large { 293 over 11}} cdot 10^2

FAZER COMENTÁRIO

A resposta correta é a letra D).

Para encontrar a pressão final do gás, the ideal, gas law should be used, equation, which relates the variables of state: temperature, pressure, and density. The ideal gas law is given by:

$$ PV = nRT $$, where n is the number of moles of gas, R is the gas constant, T is the temperature in Kelvin, P is the pressure, and V is the volume.

Given the initial conditions: P = 10 atm, V = 10 L, and T = 20°C = 293 K. We need to find the final pressure P when the temperature is increased to 50°C = 323 K, and the volume is reduced to 8 L.

First, we need to find the number of moles of gas n. Using the ideal gas law, we can rearrange the equation to solve for n:

$$ n = frac{PV}{RT} $$

Substituting the initial conditions, we get:

$$ n = frac{(10)(10)}{(8.314)(293)} = 0.041 mol $$

Now, we can use the ideal gas law again to find the final pressure P when the temperature is 323 K and the volume is 8 L:

$$ P = frac{nRT}{V} = frac{(0.041)(8.314)(323)}{8} = 13.45 atm $$

Therefore, the correct answer is D) 13.45 atm.

Explanation:

The ideal gas law is a fundamental equation in thermodynamics that relates the variables of state of an ideal gas. By using this equation, we can solve for the final pressure of the gas when the temperature and volume are changed. In this problem, we first found the number of moles of gas using the initial conditions, and then used the ideal gas law again to find the final pressure.

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78) Um sistema de massa constante, constituído por um gás ideal, está no estado inicial de volume V0, pressão P0 e temperatura T0. Quando o sistema evolui para um novo estado de volume frac{V_0}{2} e pressão frac{P_0}{2}, sua temperatura é

  • A) frac{T_0}{2} .
  • B) 2T_0.
  • C) T_0.
  • D) frac{T_0}{4}.

FAZER COMENTÁRIO

A alternativa correta é letra D) frac{T_0}{4}.

Aplicação direta da fórmula:

 

dfrac {P_0 times V_0}{T_0} =dfrac {P times V}{T}

 

dfrac {P_0 times V_0}{T_0} =dfrac {dfrac {P_0}{2} times dfrac{V_0}{2}}{T}

 

dfrac {1}{T_0} =dfrac {1}{4T}

 

T = dfrac {T_0}{4}

 

Gabarito: LETRA D.

79) No dia 19 de outubro de 1901, Santos Dumont, utilizando o seu dirigível número 6, circundou a Torre Eiffel, ganhando, assim, o Prêmio Deutsch, oferecido pelo milionário Henry Deutsch. Sabe-se que um dirigível utiliza um grande volume de gás menos denso que o ar, para que seu empuxo fique maior que o seu próprio peso, fazendo assim com que ele suba.

Sendo ρar a massa específica do ar, ρd a massa específica do dirigível, g a aceleração da gravidade, qual à aceleração de um dirigível ao subir em função de ρar, ρd e g, sendo que as únicas forças agindo nele são o peso e o empuxo? Desconsidere qualquer tipo de forças resistivas.

  • A)

    large a = g(1- {par over pd})

  • B)

    large a = g({par over pd} - 1)

  • C)

    large a = g({pd over par} - 1)

  • D)

    large u = {({par over pd} - 1) over g}

FAZER COMENTÁRIO

Let's dive into the world of thermodynamics and airships!

Given the scenario, the correct answer is alternative B) $a = g(frac{ρ_ar}{pd} - 1)$.

To understand why, let's break down the forces acting on the airship. The buoyant force (empuxo) is equal to the weight of the displaced air, which is less dense than the airship itself. This means the buoyant force is greater than the airship's weight, allowing it to rise.

The acceleration of the airship can be calculated using the equation $a = g(frac{ρ_ar}{pd} - 1)$, where:

  • $a$ is the acceleration of the airship
  • $g$ is the acceleration due to gravity (approximately 9.8 m/s²)
  • $ρ_ar$ is the mass density of the air
  • $pd$ is the mass density of the airship

This equation shows that the acceleration of the airship is directly proportional to the difference between the mass density of the air and the airship.

In this case, the airship's mass density is less than that of the air, which means the buoyant force is greater than the weight, resulting in an upward acceleration.

Therefore, the correct answer is B) $a = g(frac{ρ_ar}{pd} - 1)$, which represents the acceleration of the airship due to the buoyant force.

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80) Uma certa quantidade de gás com temperatura inicial  T_0, pressão  P_0 e volume  V_0, é aquecida por uma corrente elétrica que flui por um fio de platina num intervalo de tempo  Delta t. Esse procedimento é feito duas vezes: primeiro, com volume constante  V_0 e pressão variando de  P_0 para  P_1 e, a seguir, com pressão constante  P_0 e volume variando de  V_0 para  V_1. Assinale a alternativa que explicita a relação  C_P/C_V do gás.

  • A)   large{ large{P_0 over P_1}-1 over large{V_0 over V_1}-1}

  • B)   large{ large{P_1 over P_0}-1 over large{V_1 over V_0}-1}

  • C)   large{ large{2P_0 over P_1}-1 over large{V_0 over V_1}-1}

  • D)   large{ large{2P_1 over P_0}-1 over large{V_1 over V_0}-1}

  • E)   large{ large{P_1 over P_0}-1 over large{2V_1 over V_0}-1}

FAZER COMENTÁRIO

A resposta correta é a alternativa B) $frac{P_1}{P_0}-1 over frac{V_1}{V_0}-1$.

Para entender por quê,<|begin_of_text|> essa é a resposta correta, é necessário analisar o processo que o gás sofre. Inicialmente, o gás tem um volume $V_0$, pressão $P_0$ e temperatura $T_0$. Em seguida, o gás é aquecido por uma corrente elétrica que flui por um fio de platina durante um intervalo de tempo $Delta t$. Esse procedimento é feito duas vezes: primeiro, com volume constante $V_0$ e pressão variando de $P_0$ para $P_1$, e em seguida, com pressão constante $P_0$ e volume variando de $V_0$ para $V_1$.

É importante lembrar que a razão entre a capacidade calorífica a pressão constante ($C_P$) e a capacidade calorífica ao volume constante ($C_V$) é relacionada às variações de pressão e volume do gás. Matematicamente, isso pode ser expresso como:

$$frac{C_P}{C_V} = frac{frac{P_1}{P_0}-1}{frac{V_1}{V_0}-1}$$

Portanto, a alternativa B) é a que melhor representa a relação entre $C_P$ e $C_V$.

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