Questões Sobre Termodinâmica - Física - Vestibular Tradicional

Pela primeira Lei da Termodinâmica: ΔU = Q - W

 

Caso I: Sendo o aquecimento isobárico e com W = PΔV, temos ΔU₁ = Q - PΔV.

Caso II: Sendo o aquecimento isovolumétrico, ΔV = 0 ⇒ W = 0, assim ΔU₂ = Q

 

É fácil perceber que ΔU₁ < ΔU₂.

Como a energia interna depende apenas da temperatura, temos que ΔT₁ < ΔT_2.

A variação de energia interna de um gás, será dada pela sua fórmula:

 

 

O trabalho foi calculado na questão anterior, sendo este dado pela área do trapézio formado pelos pontos A e C com o eixo x, essa área equivale à 150 u.c. ou, transformando pra trabalho, 150 J. Já Q é a quantidade de calor fornecida ou recebida, que já foi dada na questão e corresponde a 300 J.

 

300 = 150 - ΔU

ΔU = 150 J

 

Alternativa D.

Em um processo isocórico (ΔV=0), o gás não sofre variação de volume. Sabendo que o trabalho W de um gás é dado por :

 

W=P.ΔV

Sendo :

P - Pressão

ΔV - Variação de volume

 

Conlue-se que W=0 . Resposta correta é a alternativa C.

A Primeira Lei da Termodinâmica diz que a variação da energia interna (ΔU) é igual ao calor trocado com o meio externo (Q) menos o trabalho (W) realizado, portanto :

 ΔU = Q - W

Q = ΔU + W

 

Logo, a resposta correta é a letra D.

Vamos analisar cada uma das afirmativas. A primeira afirmativa nos diz que o trabalho total deste ciclo é nulo, para isso vamos analisar cada uma das três partes deste ciclo, para desco    b       rir o trabalho em cada momento. De A para B temos um processo isobárico, ou seja, a pressão é constante. Com isso, temos que o trabalho é dado pela fórmula:

W = −p$\Delta$V

dado que W é o trabalho, p é a pressão e

$\Delta$V = V_f − V_i

isto é, a variação no volume. Sabemos que W>0 quer dizer que o sistema recebeu trabalho, e W<0 que o sistema realizou trabalho. No processo em questão como o volume final é maior q    ue o inicial, então:

W = −p₁(V₂ − V₁).

       No processo B para C temos um processo isotérmico, como informado. Assim sendo,

W = nRTln(V₂/V₁)

Dado que n é o número de mols do gás, R é a constante universal dos gases perfeitos e T é a temperatura. E por fim temos o processo de C para A, onde por ser isocórico o trabalho é nulo, visto que não tem variação no volume. E assim temos:

W_tot = W_A→B + W_B→_C + W_C→_A
W_tot = −p₁(V₂ − V₁) + nRTln(V₂/V₁) + 0

Além do mais, devemos lembrar que o trabalho total do ciclo é a área da figura, e assim fica evidente que seu valor é diferente de zero, pois a área é diferente de zero. Dessa forma, chegamos que a afirmativa I é falsa. A afirmativa II diz respeito à energia interna deste gás em dois momentos distintos. Como não sabemos se o gás é monoatômico ou poliatômico vamos usar a seguinte expressão:

E_int = kpV

dado que k é uma variável que depende do grau de liberdade L das partículas (k = L/2), p é a pressão e V é o volume. Com isso, temos:

E_{int C} = kp₂V₁

E,

E_int A = kp₁V₁

Como p₂>p₁ então E_{int C}>E_{int A} e a afirmação II é verdadeira. Por fim, a última afirmação diz respeito à transformação A para B. Como já calculamos o trabalho nesta parte, podemos observar que seu valor é negativo, o que implica que o sistema está realizando trabalho. E assim, usamos a primeira lei da termodinâmica:

dU = Q + W

em que Q é positivo se o sistema recebe calor, e W é positivo se é realizado trabalho no sistema. Usando a expressão de U mostrada acima, temos:

U_f − U_i = kp₁V₂ − kp₁V₁ = Q + W
Q = kp₁V₂ − kp₁V₁ − W

Com isso, já que:

V₂ > V₁

Então:

kp₁V₂ > kp₁V₁

E já que:

−W > 0

Então:

Q > 0

E assim temos que o sistema recebe calor. Estão coerentes as assertivas II e III, portanto, a resposta correta é a alternativa E.

A 1ª Lei da Termodinâmica determina que o calor fornecido ao gás ou cedido por ele é igual à soma da variação da energia interna com o trabalho realizado pelo gás ou sobre ele, ou seja,

Do enunciado, sabe-se que não há trocas de calor entre o gás, o recipiente e o meio externo, ou seja,

Q = 0

Sabe-se também que o trabalho é realizado pelo gás, portanto,

τ > 0

Desta forma:

A partir do enunciado tem-se a relação entre a energia interna e a temperatura do gás, que é dada por:

A variação da energia interna, da mesma maneira, está relacionada com a variação da temperatura por:

Assim:

Portanto, a resposta correta é a alternativa C.

A Primeira Lei da Termodinâmica diz que a variação da energia interna ΔU é igual à quantididade de calor Q menos o trabalho W :

 

ΔU= Q - W

 

Pelo enunciado, vem :

 

ΔU=75-125= -50J

 

Alternativa C.

 

O problema diz que a porta de uma geladeira é aberta em uma sala fechada e isolada termicamente, ou seja, num sistema que não troca energia e/ou matéria com o meio externo. A porta da geladeira irá resfriar a sala até que o equilíbrio térmico seja atingido. Após isso, a temperatura do sistema tenderá a aumentar, pois o motor da geladeira libera calor continuamente. Com os dados do enunciado não é possível dizer se este aumento de temperatura será maior do que a temperatura inicial da sala, para isso, seria necessário saber o balanço energético entre a produção de energia térmica pelo motor da geladeira e a liberação  da mesma. Entretanto, em relação ao que foi dito acima, fica claro  o erro das alternativas A,B,D e E. Além disso, podemos usar o conceito de máquina térmica real (mesmo sem a indicação no enunciado) e afirmar que o calor cedido pelo motor será maior do que o trabalho realizado, tendo parte desse calor liberado.
Portanto, a alternativa correta é a letra C.

Dentre as alternativas, o fusível é o único que utiliza o efeito Joule como príncipio de fundamento. À medida que a corrente elétrica cresce, a temperatura do fuspivel se eleva. Caso a corrente seja muito grande (em um curto circuito, por exemplo) o fusível ao transformar  energia elétrica em térmica, se funde, evitando assim que os aparelhos do circuito sejam danificados. A resposta correta é a letra E.

A variação da energia interna ΔU pode ser calculada pela Primeira Lei da Termodinâmica, que diz :

 

ΔU = Q-W

 

Numa transformação isobárica, o trabalho é :

 

W=P.ΔV

 

Pelo gráfico, temos :

 

W = 20.5 = 100 J

 

Como são absorvidos 250 J de calor, conclue-se que Q=250 J, logo :