F2_semana11

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FÍSICA 2: SEMANA 11 
Conteúdo: Termodinâmica I 
Próxima semana: Termodinâmica II 
 
QUESTÕES TRADICIONAIS 
 
1. As figuras abaixo representam, esquematicamente, três sistemas constituídos por 
um gás ideal, trocando calor (Q) e/ou trabalho (W) com o meio exterior, nos sentidos 
indicados. Considerando que representa a variação da energia interna do sistema e 
que os processos são reversíveis, pode-se afirmar que as figuras 1, 2 e 3 representam, 
respectivamente, processos: 
 
A) adiabático, isobárico e de volume constante. 
B) isotérmico, adiabático e de volume constante. 
C) isotérmico, isobárico e adiabático. 
D) adiabático, de volume constante e isotérmico. 
E) isobárico, isotérmico e adiabático. 
 
2. No diagrama p × V está representada uma transformação cíclica ABCDA sofrida por 
uma massa de gás ideal, monoatômico. 
 
Sobre essa transformação, é correto afirmar que 
A) no trecho AB o gás expandiu-se isobaricamente e sofreu resfriamento. 
B) no trecho BC o gás perdeu energia interna em forma de calor. 
C) no trecho CD o gás realizou trabalho sobre o meio externo. 
D) no trecho DA o gás é comprimido sem sofrer variação de energia interna 
E) nos trechos AB e CD não houve realização de trabalho. 
 
3. Em um recipiente isolado contendo água, foram colocados dois balões, A e B, cujas 
paredes eram rígidas e diatérmicas, ou seja, permitiam trocas de calor. Esses balões 
eram conectados por uma válvula V, inicialmente fechada. Para determinar a variação 
na temperatura da água, foi usado um termômetro T. O balão A estava preenchido 
com um gás e o balão B tinha sido evacuado (não continha gás algum). Iniciou-se a 
experiência fazendo a leitura do termômetro com o sistema em equilíbrio térmico. Em 
seguida, abriu-se a válvula V de modo que o gás pudesse se expandir para o balão B. 
Quando o sistema estava novamente em equilíbrio, foi feita nova leitura da 
temperatura. Os resultados mostraram que não houve variação na temperatura da 
água. 
 
Com base na experiência e em seus resultados, afirma-se: 
 
I. Não houve troca de calor entre o gás e a água. 
II. O processo de expansão do gás ocorreu sem realização de trabalho. 
III. A pressão do gás não foi alterada, apesar de o gás ter se expandido. 
IV. A energia interna do gás não foi alterada, apesar de o gás ter se expandido. 
 
De acordo com as teorias da termodinâmica, a alternativa que contém todas e apenas 
afirmativas corretas é: 
A) I e II. 
B) II e III. 
C) I, III e IV. 
D) I, II e IV. 
E) II, III e IV. 
 
 
 
4. Um mol de gás ideal monoatômico, de calor específico molar a volume constante 
igual a 3,0 cal/mol °C, realiza um aquecimento isométrico, sendo que sua temperatura 
eleva-se de 27 °C para 50 °C. A variação da energia interna sofrida pelo gás e a 
quantidade de calor recebida foram respectivamente: 
A) 23 cal e zero. 
B) 23 cal e 23 cal. 
C) 69 cal e zero. 
D) 69 cal e 69 cal. 
E) 77 cal e zero. 
 
5. Um gás perfeito com massa m = 40 g passa, sob pressão invariável p = 1,0 · 105 
Pa, da temperatura θ1 = 20 °C à temperatura θ2 = 40 °C. Calcule a variação de energia 
interna do gás. 
Dados: M = massa molecular do gás = 2,0 g/mol; 
Cp = calor específico molar a pressão constante = 7,0 cal/mol K; 
R = constante universal dos gases = 2,0 cal/mol K. 
A) 200 cal 
B) 800 cal 
C) 1500 cal 
D) 2800 cal 
E) 3400 cal 
 
QUESTÕES CONTEXTUALIZADAS 
 
1. Os histogramas a seguir mostram o calor “Q” e o trabalho “W” trocados por um gás 
com o meio externo, bem como a variação da sua energia interna “U”. O gás segue a 
equação geral dos gases (pV = nRT) nos processos termodinâmicos apresentados. 
 
 
 
 
De acordo com os respectivos histogramas, em ordem de apresentação, da esquerda 
para a direita, os processos podem ser: 
A) adiabático, isotérmico, isovolumétrico, isobárico. 
B) adiabático, isovolumétrico, isotérmico, isobárico. 
C) isotérmico, isobárico, isovolumétrico, adiabático. 
D) isotérmico, adiabático, isovolumétrico, isobárico. 
E) isobárico, isotérmico, adiabático, isovolumétrico. 
 
7. Um recipiente cilíndrico fechado, provido de um êmbolo, contém certa quantidade de 
um gás ideal. À temperatura de 10 oC, o gás ocupa um volume V0 e sua pressão é P. A 
partir desse estado inicial, o gás sofre uma expansão isobárica até atingir a 
temperatura de 20 oC. 
A respeito da transformação descrita acima, é correto afirmar que: 
A) o gás passa a ocupar, depois da transformação, 
um volume igual a 2V0. 
B) a energia cinética média final das moléculas do gás é igual ao dobro da sua energia 
cinética média inicial. 
C) a velocidade média das moléculas do gás não varia quando o gás passa do estado 
inicial para o estado final. 
D) a variação na energia interna do gás é nula na 
transformação. 
E) o calor absorvido pelo gás, durante a transformação, é maior que o trabalho por ele 
realizado. 
 
8. Um bisturi metálico de 100 g de massa e calor específico igual a 1,2 J/(gºC) foi 
introduzido na câmara interna de uma autoclave (aparelho destinado a esterilizar 
materiais). Inicialmente a autoclave e o bisturi encontravam-se em equilíbrio térmico, 
com temperatura de 27 ºC e sujeitos a uma pressão de 1 atm. Em seguida, a 
autoclave foi hermeticamente fechada e aquecida em um processo isocórico, não 
havendo perda de calor com o meio externo. Ao atingir a temperatura de equilíbrio 
térmico de 147 ºC, o processo de aquecimento da câmara interna da autoclave e do 
bisturi foi interrompido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nas condições descritas, a quantidade de calor absorvida pelo bisturi durante o 
processo de aquecimento e a pressão interna da autoclave quando a temperatura 
atingiu 1470C são respectivamente: 
A) 14,4 kJ; 1,4 atm 
B) 15,8 kJ; 1,2 atm 
C) 23,5 kJ; 1,5 atm 
D) 16,6 kJ; 1,8 atm 
E) 12,5 kJ; 1,3 atm 
 
9. Um gás, contido em um cilindro provido de um pistão, sofre a transformação descrita 
pelo diagrama abaixo, desde o estado A até o estado B. 
 
Sabendo-se que nesse processo o gás cedeu ao meio externo 60 J de calor e 
considerando 1 atm =1 x 105 N/m2, a energia interna do gás 
A) diminuiu de 20 J. 
B) aumentou de 20 J. 
C) diminuiu de 60 J. 
D) aumentou de 100 J. 
E) diminuiu de 100 J. 
 
10. 6. O gráfico da pressão (P), em função do volume (V) de um gás perfeito, 
representa um ciclo de transformações a que o gás foi submetido. 
 
A respeito dessas transformações, é correto afirmar que a transformação 
A) AB é isobárica e que a relação TA/TB entre as temperaturas absolutas nos 
respectivos estados A e B vale 3. 
B) BC é isotérmica e que a relação TB/TC entre as temperaturas absolutas nos 
respectivos estados B e C vale 1/2. 
C) CD é isobárica e que a relação TC/TD entre as temperaturas absolutas nos 
respectivos estados C e D vale 2/3. 
D) AD é isotérmica e que o calor trocado com o meio ambiente nessa transformação é 
nulo. 
E) AD é adiabática e que o calor trocado com o meio ambiente nessa transformação é 
igual ao trabalho realizado pelo gás no ciclo. 
 
QUESTÕES ESPECÍFICAS 
 
11. 7. A figura representa um cilindro contendo um gás ideal em três estados, 1, 2 e 3, 
respectivamente. 
 
 
 
No estado 1, o gás está submetido à pressão P1 = 1,2 × 105 Pa e ocupa um volume V1 
= 0,008 m3 à temperatura T1. Acende-se uma chama de potência constante sob o 
cilindro, de maneira que ao receber 500 J de calor o gás sofre uma expansão lenta e 
isobárica até o estado 2, quando o êmbolo atinge o topo do cilindro e é impedido de 
continuar a se mover. Nesse estado, o gás passa a ocupar um volume V2 = 0,012 m3 à 
temperatura T2. 
Nesse momento, o êmbolo é travado de maneira que não possa mais descer e a 
chama é apagada. O gás é, então, resfriado até o estado 3, quando a temperatura 
volta ao valor inicial T1 e o gás fica submetido a uma nova pressão P3. Considerando 
que o cilindro tenha capacidade térmica desprezível, calcule a variação de energia 
interna sofrida pelo gás quando ele é levado do estado 1 ao estado 2 e o valor da 
pressão final P3. 
 
 
A) 30 J e 4,0.104 PaB) 20 J e 8,0.104 Pa 
C) 30 J e 6,0.104 Pa 
D) 40 J e 8,0.104 Pa 
E) 50 J e 7,0.104 Pa 
 
12. Em um laboratório de Termodinâmica, um estudante realiza o seguinte 
procedimento. Primeiro, ele aquece o ar contido em um cilindro dotado de êmbolo 
móvel, conforme mostra a figura a seguir. Em seguida, o ar retorna às mesmas 
condições iniciais, e o estudante repete a experiência, provocando a mesma elevação 
de temperatura do ar, mas mantendo o seu volume constante. 
 
O calor fornecido ao ar na primeira experiência foi 
A) igual ao calor fornecido ao ar no segundo aquecimento, pois as elevações de 
temperaturas do gás foram iguais nas duas experiências. 
B) maior que o calor fornecido ao ar no segundo aquecimento, pois o gás realizou um 
trabalho apenas na primeira experiência. 
C) maior que o calor fornecido ao ar no segundo aquecimento, pois a pressão do gás 
aumentou na primeira experiência. 
D) menor que o calor fornecido ao ar no segundo aquecimento, pois a pressão do gás 
permaneceu constante na primeira experiência. 
E) menor que o calor fornecido ao ar no segundo aquecimento, pois a energia interna 
do gás aumentou apenas na primeira experiência. 
 
13. Um cilindro de metal dotado de um êmbolo móvel, em cujo interior se encontra um 
gás em equilíbrio termodinâmico, é semelhante a uma bomba de encher pneus de 
bicicleta com a saída de ar bloqueada. 
 
Ao fazer-se uma força sobre o êmbolo, resultando na compressão muito rápida do gás, 
o que caracteriza uma transformação adiabática. 
I. Ocorre um aumento na temperatura do gás. 
II. O trabalho realizado pela força aumenta a energia interna do gás. 
III. O trabalho realizado pela força é igual ao calor liberado para o meio externo. 
Está(ão) correta(s) apenas: 
A) I 
B) II 
C) III 
D) I e II 
E) I e III 
 
14. Considere uma amostra de 1 mol de gás perfeito, sofrendo as transformações 
AB, BC e CA indicadas no diagrama pressão x volume: 
 
 
Analise as proposições que se seguem: 
I. Nos estados A e B, a energia interna do gás é a mesma, o que nos leva a concluir 
que, na transformação AB, não ocorreu troca de energia entre o gás e o meio externo. 
II. Em todo o ciclo, a temperatura é mínima no estado C. 
III. Nos estados A e B, a temperatura é a mesma. 
IV. Na transformação BC, a energia interna do gás vai diminuindo, o que significa que 
o gás está cedendo energia para o meio externo. 
Estão corretas apenas: 
A) II, III e IV. 
B) I, II e III. 
C) I e IV. 
D) II e III. 
E) II e IV. 
 
 
 
 
15. Uma amostra de 60 g de gás perfeito foi aquecida isometricamente, tendo sua 
temperatura variado de 200 K para 230 K. O calor específico a volume constante 
desse gás é igual a 0,25 cal/g K e o calor específico a pressão constante é 0,32 cal/g 
K. Determine a variação da energia interna desse gás. 
A) 400 cal 
B) 450 cal 
C) 500 cal 
D) 550 cal 
E) 600 cal 
 
QUESTÕES APROFUNDADAS 
 
16. O diagrama pressão (p) x volume (V) a seguir representa uma transformação 
quase estática e cíclica de um gás ideal: 
 
Considerando o diagrama, qual é a opção correta? 
A) A maior temperatura atingida pelo gás no ciclo ocorre na passagem do estado 3 
para o estado 4. 
B) O trabalho realizado pelo gás no ciclo é nulo. 
C) A transformação que leva o gás do estado 2 para o estado 3 é isotérmica. 
D) A variação da energia interna no ciclo é nula. 
E) O gás sofre uma expansão adiabática ao passar do estado 1 para o estado 2. 
 
17. Um gás é submetido às seguintes transformações mostradas no diagrama abaixo. 
 
 
 
Assinale a alternativa correta. 
A) Na expansão isobárica AB, o gás cede calor (Q < 0). 
B) Na expansão isotérmica AC, não existe troca de calor (Q = 0). 
C) Na expansão adiabática AD, o gás não realiza trabalho (W = 0). 
D) No esfriamento isométrico AE, o gás recebe calor (Q > 0). 
E) No esfriamento AE do gás, o trabalho realizado é nulo. 
 
18. Um gás, constituído por 5 mols, sofre uma transformação, de acordo com o gráfico 
pressão x temperatura. 
 
 
 
Sendo a constante universal dos gases perfeitos R = 2,0 cal/mol K e o calor molar a 
volume constante do gás CV = 5 cal/mol K, determine o calor recebido e a variação de 
energia interna sofrida pelo gás, nessa transformação. 
 
19. Um estudante manuseava uma bomba manual (metálica) de encher bola de 
futebol. Mantendo o orifício de saída do ar tapado com seu dedo, ele comprimia 
rapidamente o êmbolo e observava que o ar dentro da bomba era aquecido. 
 
Das afirmativas a seguir, qual você usaria para explicar o fenômeno descrito? 
 
A) Quando se comprime um gás, sua temperatura sempre aumenta. 
B) Quando se comprime rapidamente um gás, facilita-se a troca de calor entre o ar que 
está dentro da bomba e o meio externo. 
C) Devido à rapidez da compressão, o ar que está dentro da bomba não troca calor 
com o meio externo; assim, o trabalho realizado provoca aumento da energia interna 
desse ar. 
D) A compressão rápida do ar foi feita isobaricamente, provocando aumento na 
velocidade de suas partículas. 
E) O fenômeno descrito é impossível de ocorrer, pois, sendo o corpo da bomba 
metálico, qualquer energia que seja fornecida para o ar interno será imediatamente 
transferida para o meio externo. 
 
20. (ENEM) Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a 
extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, 
encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer 
calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de 
diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto 
elevou-se em valores Δh, como mostrado no gráfico. 
 
Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, 
denominados M e V. A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre 
do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar 
A) maior pressão de vapor. 
B) menor massa molecular. 
C) maior compressibilidade. 
D) menor energia de ativação. 
E) menor capacidade calorífica. 
 
 GABARITO 
 
06 07 08 09 10 
D E A A A 
11 12 13 14 15 
B D D A B 
16 17 18 19 20 
D E 7 500 cal C E