Questões Sobre Termodinâmica - Física - Vestibular Tradicional

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21) Considerando a afirmação presente no texto I “a tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza”, e com base nos conhecimentos sobre as leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.

A) Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, ocorre a transferência espontânea de calor do corpo mais quente para o mais frio.
B) O calor, gerado por um motor a explosão, pode ser convertido de maneira espontânea e integralmente em energia mecânica, elétrica, química ou nuclear.
C) O nitrogênio e o hélio misturados e contidos em um recipiente se separam de modo espontâneo após o equilíbrio térmico do sistema.
D) Uma máquina térmica perfeita opera, na prática, em ciclos, converte o calor integralmente em trabalho e é capaz de funcionar como um moto-perpétuo.
E) As moléculas de tinta que tingem uma porção de água de maneira homogênea tendem a se agrupar espontaneamente e com isso restaurar a gota de tinta original.

A alternativa correta é letra A

Vamos analisar cada alternativa.
A alternativa B) está incorreta, o calor não é convertido espontaneamente em outras formas de energia, por exemplo, vamos supor que essa explosão vá movimentar um pistão, com a explosão há uma expansão dos gases e estes movimentam o pistão.

A alternativa C) está incorreta, a probabilidade de que amostras de gases, sejam eles hélio e hidrogênio por exemplo, se separem espontaneamente depois de misturados é praticamente nula.

Na alternativa D), quando se fala "na prática" subtende-se que essa máquina exista, o que é impossível, não podemos criar máquinas perfeitas, seriam máquinas que converteriam 100% o calor em trabalho, sem nenhuma perda.

Na alternativa E) temos um outro exemplo de situação praticamente impossível, uma vez que a gota de tinta se esparrama pela água, o universo provavelmente vai acabar antes de vermos tal acontecimento.

Por fim, a alternativa que sobra é a A) e ela é a correta, isto porque a transferência de calor entre corpos com temperaturas diferentes ocorre espontaneamente, desde que seja do mais quente para o mais frio. Isto porque esse fenômeno tem uma variação de entropia positiva, e isso implica em um fenômeno espontâneo.

22) Um gás ideal é submetido às transformações A→B, B→C, C→D e D→A, indicadas no diagrama PxV apresentado na figura.

A) I e II, apenas.
B) III, apenas.
C) I e III, apenas.
D) II e III, apenas.
E) I, II e III.

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A alternativa correta é letra E

I - Correta. A transformação A→B é uma transformação isotérmica. Uma vez que a energia interna é uma função da temperatura, como não há variação, a energia interna também se mantém constante.

II - Correta. Quanto mais afastadas do eixo P X V, maior a temperatura representada por uma isoterma, pois P.V/T = P'V'/T'.

III - Correta. Como é uma transformação isovolumétrica, não há transferência de energia em forma de trabalho, havendo apenas troca de calor e, assim, variando diretamente a energia interna.

Alternativa correta letra E.

23) Uma dada massa de um gás perfeito sofre uma transformação isotérmica, cedendo para o meio externo uma quantidade de calor de 500J. Qual a variação de energia interna sofrida pelo gás?

A) 1000J
B) 500J
C) 250J
D) 100J
E) 0J

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A alternativa correta é letra E

Pela Primeira Lei da Termodinâmica :

ΔU=Q-W

Sendo:

ΔU= Variação da energia interna

Q= calor trocado com meio externo

W= trabalho realizado no processo

O processo em questão é isotérmico (temperatura constante), portanto, a variação da energia interna é nula (ΔU=0). Logo, resposta correta é a letra E.

24) O número de mols do gás é de aproximadamente:

A) 222 mols
B) 232 mols
C) 242 mols
D) 252 mols
E) 262 mols

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A alternativa correta é letra A

O número de mols pode ser calculado utilizando a equação Clayperon no estado A, portanto :

P_a.V_a=nRT_a=12.10⁵=8,31.650.n

n= 222 mols

Alternativa A.

25) Numa mina subterrânea a 480m de profundidade, os trabalhadores colocaram determinada porção de água para ferver em um recipiente aberto. Nessas condições, espera-se que a água entre em ebulição quando atingir:

A) a temperatura de 300K
B) a temperatura de 100º C
C) uma temperatura inferior a 100º C
D) uma temperatura superior a 212º F
E) a temperatura de 273K

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A alternativa correta é letra D

Sabe-se que quanto maior for a profundidade, maior será a pressão atmosférica. Em consequência disso, a água terá um aumento no seu ponto de ebulição. O ponto de ebulição da água nas diferentes escalas, é :

Escala Celsius : 100 ºC

Escala Kelvin : 373 K

Escala Fahrenheit : 212 ºF

Por exclusão de alternativas, conclue-se que a água deverá ter uma temperatura maior do que 212 ºF para ebulir.

Resposta letra D.

26) Transformação gasosa adiabática é uma transformação em que o gás passa de um estado a outro sem receber ou ceder calor para o ambiente. Essa transformação pode ser obtida, na prática, se isolarmos termicamente o sistema ou se a transformação for realizada rapidamente. Baseado nessas informações. Assinale a alternativa correta.

A) Numa transformação adiabática, a variação de energia interna do sistema é inversamente proporcional ao trabalho.
B) Numa compressão adiabática, a temperatura do gás aumenta.
C) Numa transformação adiabática o gás não se resfria nem esquenta.
D) Em uma transformação adiabática, não há realização de trabalho.
E) Em qualquer transformação adiabática, a pressão exercida pelo gás se mantém constante.

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A alternativa correta é letra C

Em um processo adiabático não há trocas de calor entre o sistema e o meio externo. A Quantidade de Calor Q é descrita por :

Q=m.c.ΔT

Sendo :

m - massa

c - calor específico

ΔT - variação de temperatura

Numa transformação adiabática Q=0, logo, ΔT=0 . Portanto, conclue-se que o gás não sofre variação de temperatura, ou seja, não é resfriado e nem esquenta.

Alternativa C.

27) A variação da energia interna do gás é de aproximadamente:

A) 1,0. 10⁶ J
B) 1,5. 10⁶ J
C) 2,0. 10⁶ J
D) 2,5. 10⁶ J
E) 3,0. 10⁶ J

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A alternativa correta é letra B

No estado A, pela equação geral dos gases, temos :

P_a.V_a=nRT_a

12.10⁵=8,31.650.n

n= 222 mols

Fazendo o mesmo processo para o estado B, substituindo o n encontrado, obtemos : T = 108 K

Sabendo que a Energia Interna U é:

U=3nRT/2

Basta calcularmos a Energia Interna nos pontos A e B, para determinarmos sua variação :

U_a=nRT_a=222.8,31.650.3/2= 1798699 J

U_b=nRT_b= 222.8,31.108.3/2 = 298860 J

Portanto, Ub-Ua = -14998839 J = -1,5.10⁶ J . Em módulo : 1,5.10⁶ J .

Alternativa B.

28) Certa massa de gás perfeito tem volume V0, pressão P0 e temperatura igual a 327ºC. Quando o volume for V0/2 e a pressão 4P0/3, a temperatura, em ºC será igual a:

A) 127.
B) 200.
C) 227.
D) 427.
E) 900.

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A alternativa correta é letra A

Como se trata de um gás perfeito, podemos utilizar a equação:

\frac{P_{1} V_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2} V_{2}}{T_{2}}

(P₀.V₀)/600 = [(4P₀/3).(V₀/2)]/T₂

T₂ = 400 K

Como a resposta foi pedida em °C, basta subtraírmos: 400 - 273 = 127 °C

29) Em um freezer, muitas vezes, é difícil repetir a abertura da porta pouco tempo após ter sido fechado, devido a diminuição da pressão interna. Essa diminuição ocorre porque o ar que entra, à temperatura ambiente, é rapidamente resfriado até a temperatura de operação, em torno de -18º C. Considerando um freezer domestico, de 280 litros, bem vedado, em um ambiente a 27º C e pressão atmosférica Po, a pressão interna poderia atingir o valor mínimo de (considere que todo o ar no interior do freezer, no instante em que a porta é fechada, esta a temperatura do ambiente):

A) 35% de P_o
B) 50% de P_o
C) 67% de P_o
D) 85% de P_o
E) 95% de P_o

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A alternativa correta é letra D

Considerando que o processo é isovolumétrico, ou seja , o volume é uma constante, podemos utilizar a equação de Clayperon na seguinte forma :

\begin{array}{l} \frac{P_{o}}{T_{1}} = \frac{P_{2}}{T_{2}} \\ P_{2} = \frac{P_{o .} T_{2}}{T_{1}} = \frac{P_{o} . 255}{300} = 0, 85 P_{o} \\ P_{2} = 85 % P_{o} \end{array}

* 27 ºC = 300 K

-18 º C = 255 K

Alternativa D.

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30) Por meio de uma bomba de ar comprimido, um tratorista completa a pressão de um dos pneus do seu trator florestal, elevando-a de 1,1 . 105 Pa (16 lbf/pol2) para 1,3.105 Pa (19 lbf/pol2), valor recomendado pelo fabricante. Se durante esse processo a variação do volume do pneu é desprezível, o aumento da pressão no pneu se explica apenas por causa do aumento

A) da temperatura do ar, que se eleva em 18% ao entrar no pneu, pois o acréscimo do número de mols de ar pode ser considerado desprezível.
B) da temperatura do ar, que se eleva em 36% ao entrar no pneu, pois o acréscimo do número de mols de ar pode ser considerado desprezível.
C) do número de mols de ar introduzidos no pneu, que aumenta em 18%, pois o acréscimo de temperatura do ar pode ser considerado desprezível.
D) do número de mols de ar introduzidos no pneu, que aumenta em 28%, pois o acréscimo de temperatura do ar pode ser considerado desprezível.
E) do número de mols de ar introduzidos no pneu, que aumenta em 36%, pois o acréscimo de temperatura do ar pode ser considerado desprezível.

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A alternativa correta é letra C

O enunciado fornece que, para que haja aumento de pressão no pneu, bombeia-se ar comprimido, aumentando a quantidade de ar contida no pneu sem que haja qualquer variação de volume ou temperatura. Desta forma, a variação que fornece o aumento de pressão é a variação do número de mols de ar presente no pneu.

Pela Lei dos Gases Ideais (equação de Clapeyron), tem-se que:

p \cdot V = n \cdot R \cdot T

Em uma variação de p = p₁ a p = p₂ e n = n₁ a n = n₂, a V e T constantes:

V = \frac{n_{1} \cdot R \cdot T}{p_{1}} = \frac{n_{2} \cdot R \cdot T}{p_{2}}

Sendo assim:

\begin{array}{l} \frac{n_{1}}{p_{1}} = \frac{n_{2}}{p_{2}} \\ n_{2} = \frac{n_{1} \cdot p_{2}}{p_{1}} \\ n_{2} = \frac{n_{1} \cdot 1, 3 \cdot 10^{5}}{1, 1 \cdot 10^{5}} \\ n_{2} = n_{1} \cdot 1, 3 \cdot 10^{5} \\ n_{2} = 1, 18 \cdot n_{1} \end{array}

O aumento percentual de n₁ para n₂ foi de 18%, como afirma a alternativa C.

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