Questões Sobre Termodinâmica - Física - Vestibular Tradicional

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31) Um gás ideal encontra-se inicialmente a uma temperatura de 150º C e a uma pressão de 1,5 atm. Mantendo-se a pressão constante, seu volume será dobrado se sua temperatura aumentar para, aproximadamente:

A) 75º C.
B) 45º C.
C) 300º C.
D) 846º C.
E) 573º C.

A alternativa correta é letra E

Utilizando a Equação Geral dos Gases :

\begin{array}{l} \frac{P_{1} . V_{1}}{T_{1}} = \frac{P_{2} . V_{2}}{T_{2}} \\ = \frac{1, 5 . V}{423} = \frac{1, 5.2 V}{T_{2}} \\ T_{2} = 846 K = 573 ° C \end{array}

* K=C+273

Alternativa E.

32) De acordo com a lei de Robert Boyle (1660), para proporcionar um aumento na pressão de uma determinada amostra gasosa numa transformação isotérmica, é necessário :

A) aumentar o seu volume
B) diminuir a sua massa
C) aumentar a sua temperatura
D) diminuir seu volume
E) aumentar a sua massa

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A alternativa correta é letra D

Pela Lei de Boyle , dada temperatura constante, ao aumentarmos o volume a pressão diminuirá (vice-versa). Conclue-se que o volume e a pressão são grandezas inversamente proporcionais, conforme equação:

P₁.V₁=P₂.V₂

Portanto, caso quisermos diminuir V₂ (volume), basta aumentarmos P₂ (pressão) de modo que a igualdade seja verdadeira. Logo, a alternativa correta é a letra D.

33) De acordo com a lei de Robert Boyle em 1666, para proporcionar um aumento na pressão de uma determinada amostra gasosa numa transformação isotérmica, é necessário:

A) aumentar o seu volume
B) diminuir a sua massa
C) aumentar a sua temperatura
D) diminuir o seu volume
E) aumentar a sua massa

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A alternativa correta é letra D

A pressão e o volume são grandezas inversamente proporcionais, ou seja, para aumentarmos a pressão, é necessário que haja diminuição no volume. Essa relação é evidente quando descrita pela Lei de Boyle para uma transformação isotérmica :

P₁.V₁=P₂.V₂

Alternativa D

34) A temperatura final da transformação vale, aproximada-mente:

A) 108 K
B) 208 K
C) 308 K
D) 408 K
E) 508 K

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A alternativa correta é letra A

Utilizando a Equação de Clayperon no estado A para obtermos a quantidade de mols :

Pa.Va=nRTa= 12.10⁵=8,31.650.n

n= 222 mols

Utilizando a Equação de Clayperon no estado B e substituindo o n encontrado :

Pb.Vb=nRTb = 2.10⁵= 222.8,31.Tb

Tb= 108 K

Alternativa A.

35) Um gás, constituído por 5 mols de moléculas, sofre uma transformação de acordo com o gráfico p = f(T) abaixo.

A) Isovolumétrica
B) Isobárica
C) Isotérmica
D) Adiabática
E) Isométrica e Isobárica

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A alternativa correta é letra A

Por exclusão de alternativas e sabendo que num estado termodinâmico de variáveis (P,V,T)= (pressão, volume, temperatura) apenas uma delas é constante, portanto, pelo gráfico, que a transformação é isovolumétrica, pois a pressão e temperatura variam.

Alternativa A.

36) A invenção e a crescente utilização de máquinas térmicas, a partir da revolução industrial, produziram, ao longo de dois séculos, impactos ecológicos de proporções globais. Para compreender o funcionamento das máquinas térmicas, é necessário estudar os processos de expansão e compressão dos gases no seu interior. Em certas condições, todos os gases apresentam, aproximadamente, o mesmo comportamento. Nesse caso, são denominados gases ideais. Considere o diagrama pressão (P) × volume (V) para um gás ideal, sendo as curvas isotermas.

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

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A alternativa correta é letra D

A assertiva I é falsa. A isoterma da curva com o estado 2 está acima da curva com o estado 1, logo, sua energia interna é maior. A assertiva II é verdadeira. No processo de 1→3 o volume é uma constante (ΔV=0), portanto, o trabalho W definido como o produto da pressão P pela variação de volume ΔV será nulo. E, por fim, a assertiva III também é verdadeira. O processo 1→2 é isobárico, realiza trabalho e tem quantidade de calor Q diferente de zero. Estão coerntes as assertivas II e III, portanto, a resposta correta é a alternativa D.

37) Numa transformação à pressão constante, o volume de um gás ideal aumentou de 0,2 m3 para 0,6 m3, sob pressão de 5 N/m2. Durante o processo, o gás recebeu 5 J de calor do ambiente. A variação da energia interna do gás foi de:

A) 0 J
B) 3 J
C) 5 J
D) 20 J
E) 30 J

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A alternativa correta é letra B

Pela Primeira Lei da Termodinâmica :

ΔU=Q-W (1)

Sendo:

ΔU= Variação da energia interna

Q= calor trocado com meio externo

W= trabalho realizado no processo

O processo em questão é isobárico, portanto, a pressão P é uma constante. Sabe-se que o trabalho a pressão constante, pode ser calculado como :

W=P.ΔV (ΔV é a variação de volume)

Substituindo os dados da questão na expressão acima, obtemos :

W=5.0,4= 2J

Pelo enunciado, Q= 5J, logo, em (1) vem :

ΔU= 5 - 2 = 3J

Alternativa correta é a letra B.

38) A pressão total sobre uma bolha de ar, no fundo de um lago, é de 3 atm. Essa bolha sobe para a superfície do lago, cuja temperatura é de 27°C, e tem seu volume quadruplicado. Considerando a pressão atmosférica no local de 0,8 atm, a temperatura no fundo do lago será de, aproximadamente, em ºC,

A) 2.
B) 4.
C) 8.
D) 12.
E) 20.

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A alternativa correta é letra C

Substituindo os dados da questão na Equação Geral dos Gases Perfeitos, temos,
Fundo do lago:

P_{o} = 3 a t m, V_{o}, T_{o}

Superfície do lago:

P_{1} = 0, 8 a t m, V_{1} = 4 V_{o} e T_{1} = 27 ° C = 300 K

Pela Equação dos Gases Perfeitos:

\frac{P_{o} . V_{o}}{T_{o}} = \frac{P_{1} V_{1}}{T_{1}} = \frac{3 \times V_{o}}{T_{o}} = \frac{0, 8 \times 4 V_{o}}{300}

Isolando T₀ obtemos 281,25K, ou aproximadamente 8 °C. Portanto, a resposta correta é a alternativa C.

39) Um recipiente rígido contém 0,5 ml de gás perfeito à temperatura de 27º C e pressão de 1,2 atm. Esse recipiente é provido de uma válvula que libera gás sempre que a pressão excede 1,6 atm. Calcule a temperatura do gás em Kelvin, quando for igual a 1,5 atm.

A) 3,8 10²K.
B) 4,8 10²K.
C) 10,5 10²K.
D) 20,2 10²K.
E) 5,4 10²K.

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A alternativa correta é letra A

Para resolver essa questão, vamos utilizar a lei geral dos gases perfeitos:

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

Como o volume permanece constante, anularemos V₁ e V₂. Para trabalharmos com esta lei, a temperatura percisa estar em Kelvin, para transformar de °C para Kelvin, basta somar com 273.

\frac{1, 2}{300} = \frac{1, 5}{T_{2}}

T₂ = 375 K ou aproximadamente 3,8.10² K.

Alternativa A.

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40) Dentre as transformações realizadas por um gás ideal, é certo que:

A) não há variação da energia interna nas transformações isobáricas.
B) a temperatura se mantém constante, tanto nas transformações isotérmicas quanto nas isométricas.
C) nas transformações adiabáticas não há troca de calor entre o gás e o recipiente que o contém.
D) não há realização de trabalho nas transformações isotérmicas, uma vez que nelas o volume não varia.
E) tanto a pressão quanto o volume do gás se mantêm constantes nas transformações isométricas.

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A alternativa correta é letra C

Vamos analisar cada uma das alternativas. A alternativa A é falsa; na transformação isobárica não há variação de pressão. A alternativa B também é falsa; a temperatura não é mantida constante nas transformações isométricas (em que o volume é constante). A alternativa C é verdadeira; por definição, uma transformação adiabática possui Q=0, ou seja, as trocas de calor entre o gás e sua vizinhança são nulas. A alternativa D, por sua vez, é falsa; nas transformações isotérmicas, ΔU=0 e pela Primeira Lei da Termodinâmica, o trabalho W nessa condição é W=Q. E, por fim, a alternativa E também é falsa; na transformação isométrica, apenas o volume é constante. Portanto, a resposta correta é a alternativa C.

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