Física 1 -67

Prévia do material em texto

Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
387 
Questão 49 
Sabendo que 1 atm  105 N/m2, 1 litro = 10
3 m3 e que 1J = 1 N.m, a unidade de Energia ou 
Trabalho denominada atm x litro equivale a: 
a) 1 J b) 10 J c) 100 J d) 1000 J e)  Joules  
 
Questão 50 
Uma certa massa de gás ideal cede 1000 J de energia térmica na forma.de calor, ao ser contraído 
isobaricamente por um agente externo a uma pressão de 2 atm, tendo seu volume gasoso 
reduzido de 6L para 4L. 
a) O gás recebeu ou cedeu energia na forma de trabalho, durante esse processo ? 
b) Calcule o módulo do trabalho realizado nesse processo ; 
c) A temperatura desse gás aumento ou diminui, nesse processo ? 
d) Qual a variação da energia interna U desse gás ? 
 
Questão 51 
Uma amostra de 3 mols de gás ideal recebe 2400 J de energia térmica na forma.de calor durante 
uma expansão isobárica. Sabendo que, durante o processo, a temperatura do gás aumentou de 
300k para 340 k : 
a) O gás recebeu ou cedeu energia na forma de trabalho, durante esse processo ? 
b) Calcule o módulo do trabalho realizado nesse processo (R = 8 J/mol.K) ; 
c) A energia interna U desse gás aumento ou diminui, nesse processo ? 
d) Qual a variação da energia interna U desse gás ? 
 
Questão 52 
Numa transformação isobárica (pressão constante), o trabalho realizado por um gás é tanto maior 
quanto: 
a) Maior a pressão e menor a variação de volume. 
b) Menor a pressão e maior a variação de volume. 
c) Maior a pressão e maior o volume. 
d) Menor a pressão e menor o volume. 
e) Maior for a variação de temperatura. 
 
Questão 53 
(U Mackenzie.SP) Uma amostra de gás perfeito sofre uma transformação isobárica sob pressão de 
60 N/m2 como ilustra o diagrama. Admita que, na transformação, o gás receba uma quantidade de 
calor igual a 300J Podemos afirmar que a variação da energia interna do gás é de: 
a) 180 J 
b) 100 J 
c) 120 J 
d) 300 J 
e) 420 J 
 
 
Questão 54 
Suponha que uma mesma amostra de um gás pudesse sofrer cada uma das transformações 
gasosas I e II mostradas a seguir: 
P P
VV
a a
2a 2a
b bc c
I
II
 
Pergunta-se, em qual das transformações acima o gás realizaria maior trabalho ? 
 
Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
388 
Questão 55 
Certa quantidade de um gás ideal é levada de um estado inicial A para um estado final B, por cinco 
processos diferentes representados nos diagramas I, II, III, IV, V; 
I) 
 
II) 
 
III) 
 
 
IV) 
 
V) 
 
 
O processo no qual o gás realiza o menor trabalho, ao passar de A para B, é representado pelo 
diagrama: 
a) I b) II c) III d) IV e) V 
Questão 56 (UECE 2011.2 – 2ª fase) 
Um gás ideal é submetido aos três processos 
termodinâmicos descritos no gráfico ao lado. O processo 1 
tem estado inicial I e final II, o processo 2 tem estado 
inicial II e final III, e o processo 3 tem estado inicial III e 
final IV. A relação entre os trabalhos W1, W2 e W3, nos 
processos 1, 2 e 3, respectivamente, é dada por: 
a) W1 = W3 > W2 
b) W1 > W2 > W3 
c) W1 = W3 < W2 
d) W1 < W2 < W3. 
 
Questão 57 (UECE 2011.2 – 2ª fase) 
Um gás ideal se expande em um processo isotérmico 
constituído por quatro etapas: I, II, III e IV, conforme a 
figura ao lado. As variações de volume ΔV nas etapas 
são todas iguais. A etapa onde ocorre maior troca de 
calor é a : 
a) III. 
b) I. 
c) II. 
d) IV. 
 
Questão 58 
Quatro mols de um gás perfeito evoluem do estado A para o estado B, 
após receberem uma quantidade do calor q, de acordo com o 
diagrama PV o lado. A respeito do processo gasoso AB , é errado 
afirmar que: 
a) Apesar do processo AB não ser isotérmico, a variação do 
energia interna do gás é nula; 
b) Durante o processo AB, a temperatura do gás inicialmente 
aumentou mas, em seguida, diminuiu, retornando ao seu valor 
inicial; 
 
Dica: 1 atm. = 100J 
c) Durante essa expansão, o trabalho realizado pelo gás vale 2700 J; 
d) Nesse processo, o gás recebeu uma quantidade do calor do 2700 J; 
e) Se o gás evoluísse isotermicamente no processo AB, o trabalho realizado peIo gás seria maior 
que nesse caso. 
f) O calor trocado no processo AB seria menor se o gás evoluísse de A para B isotermicamente. 
Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
389 
Questão 59   
 (Unip-SP) O gráfico a seguir representa a pressão em função do volume para 1 mol de um gás 
perfeito. O gás percorre o ciclo ABCDA, que tem a forma de uma circunferência. Indique a opção 
falsa. 
P
Va 2a 3a
a
2a
3a a
b
c
d
 
 
a) As temperaturas nos estados A e B são iguais. 
b) As temperaturas nos estados C e D são iguais. 
c) O trabalho realizado pelo gás, entre os estados A e C, é 4a2/2 joules. 
d) O trabalho realizado no ciclo vale (.a2) joules. 
e) Na transformação de A para B, o gás recebeu uma quantidade de calor (2 + /4)a2 joules. 
 
Questão 60 
O diagrama PV a seguir mostra três possíveis transformações que uma dada massa de gás ideal 
pode sofrer. Sobre essas transformações, considere as afirmativas a seguir: 
I. A energia interna do gás aumenta nas transformações AB e DB; 
II. Na transformação BC o gás cede calor; 
III. Na transformação BC a energia interna do gás aumenta apesar de não haver realização de 
trabalho. 
Pode-se afirmar que: 
a) apenas I esta correta 
b) apenas II esta correta 
c) apenas III esta correta 
d) apenas I e II estão corretas 
e) todas estão corretas 
 
 
Questão 61 
(UEPA) Um estudante verifica a ação do calor sobre um gás perfeito inserido em uma seringa de 
vidro, aquecendo.a com uma vela e mantendo fechada sua saída (ver figura). Desprezando o atrito 
entre o êmbolo da seringa e o vidro, pode- se afirmar que, durante o aquecimento: 
a) o gás se tomará mais denso; com isso, a pressão 
do ar atmosférico empurrara o embolo da seringa, 
comprimindo o gás. 
b) e a pressão do gás se mantiver constante, a 
energia interna do sistema aumentara, fazendo 
com que o gás realize trabalho deslocando o 
êmbolo da seringa. 
c) se a pressão do gás se mantiver constante, o 
sistema gasoso receberá trabalho, diminuindo o 
volume interno da seringa. 
d) se a energia interna do sistema aumentar, 
certamente o gás, sofrerá uma transformação 
isométrica. 
e) toda a energia recebida será integralmente 
utilizada para deslocar o êmbolo, tratando-se, 
portanto, de uma transformação isobárica do gás. 
 
 
Dica: “Desprezando o atrito entre o êmbolo da seringa e o vidro” significa dizer que o embolo está livre para se mover 
sem atrito, sofrendo oposição apenas de uma pressão constante chamada pressão atmosférica. Em outras palavras, a 
transformação é Isobárica. 
 
Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
390 
Questão 62 - Expansão Livre – um caso especial e importante de Expansão 
( - assista novamente essa explicação em www.fisicaju.com.br/resolucoes) 
Considere um recipiente de paredes rígidas (volume constante) e adiabáticas (não permite trocas de 
calor através delas), dividido em duas partes por uma fina película. Numa das partes coloca-se .uma 
certa massa de gás perfeito, enquanto na outra faz-se vácuo. Se, subitamente, a película se rompe, o 
gás expande-se através da região de vácuo, realizando um processo denominado expansão livre. 
 
Sobre esse processo, é correto afirmar que: 
a) para se expandir, o gás utiliza parte da sua energia interna, o que leva a uma redução da sua 
energia interna nesse processo; 
b) por estar se expandindo, o gás realizará um trabalho positivo; 
c) todo o calor recebido pelo gás é utilizado no trabalho de expansão, por isso, a variação da energiainterna do gás é nula; 
d) A temperatura do gás decresce, durante a sua expansão; 
e) Durante esse expansão, a variação da energia interna do gás é nula (U = 0), visto que ele nem 
troca calor com o ambiente (Q = 0) nem realiza trabalho  = 0 (expansão contra o vácuo). 
 
C a l o r e s E s p e c í f i c o s d o s G a s e s : Cp e Cv 
 
Questão 63 
Sejam duas amostras A e B idênticas de n mols de um mesmo gás ideal, ambas inicialmente a uma 
temperatura de 300k. Na amostra A, o êmbolo pode deslizar verticalmente sem atrito (obrigando que 
qualquer aquecimento/expansão ou resfriamento/compressão do gás será isobárico), ao passo que, 
na amostra B, o êmbolo se encontra travado por dois pinos (obrigando que qualquer aquecimento ou 
resfriamento do gás será isovolumétrico) 
A B
Isobárico (P) Isovolumétrico (V)
QP QV
 
a) Seja QP a quantidade de valor que deve ser fornecida isobaricamente à amostra A, para que ela 
sofra uma correspondente variação de temperatura Tp (com QP = n.CP.TP); e QV a 
quantidade de valor que deve ser fornecida à amostra B isovolumetricamente, para que ela sofra 
uma variação de temperatura TV (com QV = n.CV.TV). Lembrando que, para gases ideais 
monoatômicos, temos CP= 5R/2 e CV =3R/2, mostre que, para que as amostras sofram variações 
de temperatura iguais (Tp = TV = T ), devem receber calores QP e QV tais que: 
P P
V V
Q C 5R / 2 5
Q C 3R / 2 3
   
b) Neste caso, qual amostra sofreu maior variação da energia interna U = n.CV.T ? A amostra 
A (aquecida isobaricamente) ou a amostra B (aquecida isovolumetricamente) ? 
c) Quando a amostra A recebe uma quantidade de calor QP, parte dele é usado no trabalho que o 
gás realiza em sua expansão isobárica, e apenas o restante é incorporado à energia interna do 
gás, levando ao seu aumento (QP = isob + U). Já a amostra B, ao receber uma quantidade de 
calor QV, todo ele é integralmente incorporado à energia interna do gás, levando ao seu aumento 
(QP = 0 + U). 
Dessa forma, conforme vimos em sala de aula, para produzir a mesma variação de energia interna 
U (mesma variação de temperatura) em ambas as amostras gasosas, o calor QP fornecido para 
a amostra A será maior que o QV fornecido à amostra B, visto que diferem pelo trabalho realizado 
na expansão isobárica sofrida pelo gás da amostra A (QP  QV = isob = P.V = n.R.T). 
Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
391 
Mostre que, nesse processo em que se fornece calor às amostras A e B a fim de se produzir a 
mesma variação de temperatura, as grandezas QP, QV, U e isob estão relacionadas por: 
isobP VQ Q U
5 3 3 2

   
(Proporção Termodinâmica – gases ideais monoatômicos) 
 
Com base na proporção termodinâmica encontrada acima, resolva as questões a seguir. 
 
Questão 64 
Sejam duas amostras A e B idênticas de n mols de um mesmo gás ideal, ambas inicialmente a uma 
temperatura de 300k. Na amostra A, o êmbolo pode deslizar verticalmente sem atrito (obrigando que 
qualquer aquecimento - expansão ou resfriamento - compressão do gás será isobárico), ao passo 
que, na amostra B, o êmbolo se encontra travado por dois pinos (obrigando que qualquer 
aquecimento ou resfriamento do gás será isovolumétrico). 
Uma quantidade de calor Q1 = 240 J foi fornecido à amostra B, elevando a sua temperatura de 300k 
para 500k. 
 
Usando diretamente a proporção termodinâmica encontrada na letra c da questão 63, 
responda as seguintes perguntas: 
 
A B
Isobárico (P) Isovolumétrico (V)
QP QV
 
a) Qual a quantidade de calor deve ser fornecido à amostra A para que sofra a mesma variação de 
temperatura ? 
b) Qual o trabalho realizado pelo gás da amostra A em sua expansão isobárica ? 
c) Qual a variação da energia interna U sofrida por cada amostra nesse processo ? 
 
Questão 65 
A figura mostra duas amostras A e B idênticas de n mols de um mesmo gás ideal, ambas inicialmente 
a uma temperatura de 300k. Na amostra A, o êmbolo pode deslizar verticalmente sem atrito 
(obrigando que qualquer aquecimento / expansão ou resfriamento / compressão do gás será 
isobárico), ao passo que, na amostra B, o êmbolo se encontra travado por dois pinos (obrigando que 
qualquer aquecimento ou resfriamento do gás será isovolumétrico). 
 
A B
Isobárico (P) Isovolumétrico (V)
QP QV
 
Uma quantidade de calor Q1 foi fornecido à amostra A, levando o gás a sofrer uma expansão 
isobárica durante a qual realiza um trabalho isob = + 180 J. Usando diretamente a proporção 
encontrada na letra c da questão 63, responda as seguintes perguntas: 
a) Qual a quantidade de calor Q1 fornecido à amostra A nesse processo ? 
b) Qual a variação da energia interna U sofrida pela amostra A ? 
c) Que quantidade de calor deve ser fornecida à amostra B para que sofra a mesma variação da 
energia interna da amostra A ? 
 
Física
 
Simétrico Pré-Universitário – Há 25 anos ensinando com excelência os estudantes cearenses – www.simétrico.com.br 
392 
Questão 66 
A figura mostra duas amostras A e B idênticas de um mesmo gás ideal, ambas inicialmente a uma 
temperatura de 300k. Na amostra A, o êmbolo pode deslizar verticalmente sem atrito, ao passo que, 
na amostra B o êmbolo se encontra travado por dois pinos. Ao fornecer uma quantidade de 600 J à 
amostra A, sua temperatura passa de 300 k para 360 k 
A B
Isobárico (P) Isovolumétrico (V)
QP QV
 
a) Fornecendo essa mesma quantidade de calor à amostra B, sua temperatura aumentará até 
quantos kelvins ? 
b) Quais os trabalhos realizados por cada amostra de gás durante seus respectivos aquecimentos ? 
c) Qual as variações de energia interna sofridas por cada gás ? 
 
Questão 67 
Dois mols de um gás ideal monoatômico evoluem do estado A para o estado B, após receberem uma 
quantidade de calor Q, de acordo com o diagrama PT abaixo: 
P(N/m2)
T (k)
A B
4
300 360
0
 
a) Esse processo trata-se de uma expansão isotérmica, isobárica ou isovolumétrica ? 
b) Qual a quantidade de calor Q recebida pelo gás durante esse aquecimento ? R = 8 J/mol.k 
c) Qual o trabalho W realizado pelo gás ? 
d) Qual o aumento de energia interna U sofrida pelo gás ? 
 
Questão 68 (UFV-MG 2010) 
A figura a seguir ilustra um processo termodinâmico em um 
gás. Sabendo que, durante o processo ABC, a variação da 
energia interna do gás foi igual a U e que o trabalho 
realizado pelo gás no processo BC foi igual a W, então a 
quantidade de calor transferida ao gás no processo ABC foi: 
a) U + VA.(PA – PC) + W 
b) U + PA.(VB – VA) − W 
c) U + VC.(PA – PC) + W 
d) U + PA.(VB – VA) + W 
 
A B
P
C
VA VC
V
VB
PA
PC
 
Questão 69 
Dois mols de um gás ideal estão confinados no interior de um cilindro hermeticamente fechado a uma 
temperatura de 200 k . Qual a quantidade de calor que se deve fornecer ao sistema para que a sua 
temperatura absoluta triplique de valor ? 
Dado: Cp = 20 J/mol.k , R = 8 J/mol.k 
 
Questão 70   
Ao receber 240 J de energia térmica, um gás evolui de um estado A para um estado B de forma que 
sua pressão se reduz de 6 atm para 4 atm, ao mesmo tempo que seu volume aumenta de 6 litros 
para 9 litros. Sendo Cp = 20 J/mol.k e Cv = 12 J/mol.k, determine o trabalho de expansão realizado 
pelo gás (1 cal = 4 J) . 
a) 60 cal b) 120 cal c) 170 cal d) 200 cal e) faltam dados 
Dica: Nesse processo, a temperatura T aumentou ou diminuiu (T = P.V / n.R) ? E a energia interna U ?