Questões resolvidas sobre a 1 Lei da Termodinâmica

Prévia do material em texto

Confira questões resolvidas sobre a 1ª Lei da Termodinâmica:
1) (VUNESP) - A Primeira Lei da Termodinâmica diz respeito à
a) dilatação térmica.
b) conservação da massa.
c) conservação da quantidade de movimento.
d) conservação da energia.
e) irreversibilidade do tempo
2) (Unimontes-MG–2010) - Numa compressão isotérmica, o trabalho realizado sobre o gás é 800 J. O calor cedido pelo gás no processo e a variação da energia interna, em joules, são iguais, respectivamente, a
a) 800, 800.
b) 800, -800.
c) zero, 800.
d) 800, zero
3) (UFRGS 2017) - Observe a figura abaixo.
A figura mostra dois processos, I e II, em um diagrama pressão (P) x volume (V) ao longo dos quais um gás ideal pode ser levado do estado inicial i para o estado final f.
Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.
De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna é ........ nos dois processos. O trabalho WI realizado no processo I é ........ que o trabalho WII realizado no processo II.
a) igual − maior
b) igual − menor
c) igual − igual
d) diferente − maior
e) diferente − menor
4) (UECE) - Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, o balanço de energia de um dado sistema é dado em termos de três grandezas:
a) pressão, volume e temperatura.
b) calor, energia interna e volume.
c) trabalho, calor e energia interna.
d) trabalho, calor e densidade.
5) (UEFS BA/2017) - A primeira lei da termodinâmica para sistemas fechados foi originalmente comprovada pela observação empírica, no entanto é hoje considerada como a definição de calor através da lei da conservação da energia e da definição de trabalho em termos de mudanças nos parâmetros externos de um sistema. Com base nos conhecimentos sobre a Termodinâmica, é correto afirmar:
a) A energia interna de uma amostra de um gás ideal é função da pressão e da temperatura absoluta.
b) Ao receber uma quantidade de calor Q igual a 48,0J, um gás realiza um trabalho igual a 16,0J, tendo uma variação da energia interna do sistema igual 64,0J.
c) A energia interna, o trabalho realizado e a quantidade de calor recebida ou cedida independem do processo que leva o sistema do estado inicial A até um estado final B.
d) Quando se fornece a um sistema certa quantidade de energia Q, esta energia pode ser usada apenas para o sistema realizar trabalho.
e) Nos processos cíclicos, a energia interna não varia, pois volume, pressão e temperatura são iguais no estado inicial e final.
6) (PUC-RS) - Um sistema formado por um gás ideal sofre uma transformação com as seguintes características:
Q = ΔU τ = 0
Onde t é o trabalho realizado, ΔU é uma variação positiva (aumento) da energia interna e Q é o calor fornecido ou absorvido pelo sistema. Estes dados permitem concluir que no processo houve uma transformação:
a) adiabática
b) isobárica
c) isométrica
d) isotérmica
e) adiabática e isotérmica
7) (Udesc) - Em um laboratório de física são realizados experimentos com um gás que, para fins de análises termodinâmicas, pode ser considerado um gás ideal. Da análise de um dos experimentos, em que o gás foi submetido a um processo termodinâmico, concluiu-se que todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho. Assinale a alternativa que representa corretamente o processo termodinâmico realizado no experimento.
a) processo isovolumétrico
b) processo isotérmico
c) processo isobárico
d) processo adiabático
e) processo composto: isobárico e isovolumétrico
8) UFRGS 2011 - A figura abaixo apresenta o diagrama da pressão p(Pa) em função do volume V(m³) de um sistema termodinâmico que sofre três transformações sucessivas: XY, YZ e ZX.
O trabalho total realizado pelo sistema  após as três transformações é igual a
a) 0 J.
b) 1,6x10^5 J.
c) 2,0x10^5 J.
d) 3,2x10^5 J.
e) 4,8x10^5 J.
9) (UFRS-RS) - Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2.
Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de
a) 100 J.
b) 150 J.
c) 250 J.
d) 350 J.
e) 400 J.
10) (Pucmg) - No filme "Kenoma", uma das personagens, Lineu, é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcionar. Se esse projeto tivesse sucesso, estaria necessariamente violada a:
a) Primeira Lei de Newton.
b) Lei da Conservação da Energia.
c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento.
d) Primeira Lei de Kirchhoff.
e) Lei de Snell-Descartes.
11) (Ufrrj) - Um sistema termodinâmico ao passar de um estado inicial para um estado final, tem 200 J de trabalho realizado sobre ele, liberando 70 cal. Usando a 1ª lei da termodinâmica e considerando que 1 cal equivale a 4,19 J, indique o valor, com os respectivos sinais, das seguintes grandezas:
W =
Q =
ΔU =
12) (UFMG) - Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido. Com base nessas informações, é correto afirmar que, nesse processo:
a) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido
b) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido
c) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido
d) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido
13) (UFLA-MG) - Numa transformação gasosa reversível, a variação da energia interna é de +300 J. Houve compressão e o trabalho realizado pela força de pressão do gás é, em módulo, 200 J. Então, é verdade que o sistema:
a) cedeu 500 J de calor ao meio
b) cedeu 100 J de calor ao meio
c) recebeu 500 J de calor do meio
d) recebeu 100 J de calor do meio
e) sofreu uma transformação adiabática
14) (CEFET-MG–2010) - Sendo U a energia interna, Q o calor trocado com a vizinhança, e W o trabalho realizado em uma expansão adiabática livre (pressão nula) de um gás ideal, é CORRETO afirmar que
a) ∆U = 0, Q = 0, W = 0.
b) ∆U = 0, Q ≠ 0, W ≠ 0.
c) ∆U ≠ 0, Q = 0, W = 0.
d) ∆U ≠ 0, Q = 0, W ≠ 0.
e) ∆U ≠ 0, Q ≠ 0, W = 0.
15) (UFMG) - Sabe-se que a energia média de translação das moléculas de um gás é dada por Ec = (3/2)KT, em que K é a constante de Boltzmann, e T, a temperatura do gás. Considere uma amostra de um gás ideal monoatômico, cuja energia interna é apenas a energia cinética de translação de suas moléculas.
a) Sabendo-se que o número de moléculas é N = 2,0 x 10²⁴ moléculas e que sua temperatura é de 27 ºC, DETERMINE o valor da energia interna U dessa amostra. (Considere K = 1,4 x 10⁻²³ J/K.)
b) Uma quantidade de calor ∆Q = 2,0 x 10³ cal é fornecida à amostra gasosa anteriormente referida. Essa amostra se expande, realizando um trabalho ∆W = 2,4 x 10³ J. DETERMINE a variação ∆U da energia interna do gás nessa transformação. (Considere 1 cal = 4,2 J.)
c) DETERMINE a temperatura final da amostra gasosa após sofrer a transformação descrita no item anterior.
16) (UFMG) - Uma seringa, com a extremidade fechada, contém uma certa quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura: 
Considere o ar como um gás ideal. Sabe-se que, para um gás ideal, a energia interna é proporcional à sua temperatura. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no interior da seringa,
a) a pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui.
b) a pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta.
c) a pressão e a temperatura do ar aumentam.
d) a pressão e a temperatura do ar diminuem.
17) (URCA) - De acordo com a primeira lei da termodinâmica se, durante um processo isotérmico sofrido por um gás ideal de massa fixa, o gás libera uma quantidade de calor cujo módulo é de 50 cal então a variação de energia interna e o trabalho realizado pelo gás neste processo são, respectivamente:
a) 0 cal e 50 cal
b) 50 cal e 0 cal
c) 0 cal e 0 cal
d) 50 cal e -50 cal
e) 0 cal e -50 cal
18) (UFLA MG) - Imagineque um gás ideal passe por um processo que tenha como resultado uma variação em sua energia interna ΔU igual ao trabalho realizado, e que não tenha havido troca de calor no processo. Se ΔU > 0, ou seja, a energia interna do gás aumenta, pode-se classificar o processo como
a) compressão adiabática.
b) expansão adiabática.
c) compressão isotérmica.
d) expansão isotérmica.
e) expansão isobárica
19) (FUNREI MG) - De acordo com os conceitos da Termodinâmica, é correto afirmar que
a) quanto maior o calor específico de um corpo melhor condutor de calor ele é.
b) o calor específico dos sólidos é menor que o dos líquidos.
c) o calor específico de uma substância depende de sua temperatura.
d) o calor específico de um gás a volume constante é maior que a pressão constante.
20) (UEM PR) - Assinale a(s) alternativa(s) correta(s).
01) A quantidade de calor e o trabalho executado por um sistema são independentes da trajetória. 
02) A quantidade de calor e a energia interna de um sistema são independentes da trajetória.
04) A energia interna e o trabalho executado por um sistema são independentes da trajetória.
08) Quando um sistema passa de um estado de equilíbrio para outro estado, a quantidade de calor adicionada ao sistema é sempre a mesma, independente do processo.
16) Quando um sistema passa de um estado de equilíbrio para outro, o trabalho feito sobre o sistema é sempre o mesmo, independente do processo.
32) Quando um sistema passa de um estado de equilíbrio para outro estado, a variação de energia interna do sistema é sempre a mesma, independente do processo.
RESPOSTAS
1) Resposta: d.
Resolução:
A primeira lei da termodinâmica aplica o princípio de conservação de energia a sistemas nos quais transferência de calor e realização de trabalho são os métodos de transferir energia para dentro e para fora do sistema.
2) Resposta: d.
Resolução:
Como não houve variação de temperatura, não houve variação da energia interna.
∆U = Q - W
0 = Q - 800J
Q = 800 J
3) Resposta: b.
Resolução:
A energia interna de um gás ideal só depende de sua temperatura, portanto, se temperaturas iniciais e finais para dois processos diferentes apresentam a mesma variação de temperatura elas também têm mesma variação de energia interna. O trabalho é a área sob o gráfco, então o trabalho I é menor do que o trabalho II.
4) Resposta: c.
Resolução:
A 1ª Lei da Termodinâmica é um princípio geral que leva em conta a variação de energia interna de um sistema quando ele, durante um processo, troca energia com a sua vizinhança.
∆U = Q - W
Onde:
∆U = variação de energia interna.
Q = calor.
W = trabalho.
5) Resposta: e.
Resolução:
Alternativa a: incorreta. A energia interna de um gás ideal depende de sua temperatura apenas.
Alternativa b: incorreta.
∆U = Q - W
∆U = 48 - (16)
∆U = 32 J
Alternativa c: incorreta. Dependem do processo (sentido horário ou anti-horário).
Alternativa d: incorreta. A quantidade de energia pode ser usada para variar a energia interna do gás.
Alternativa e: correta.
6) Resposta: c.
Resolução:
Nas transformações isovolumétricas, o gás não realiza trabalho, nem o sistema pode realizar trabalho sobre o gás, uma vez que o recipiente que o encerra é rígido.
7) Resposta: b.
Resolução:
Como todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho, temos que:
Q = W
A variação de energia interna é representada pela equação abaixo:
∆U = Q - W
Diante do exposto, concluimos que a variação de energia interna é zero.
Sabendo que energia interna de um gás ideal é proporcional a sua temperatura (U = 3/2.nRT), podemos afirmar que não houve variação da temperatura (processo isotérmico).
8) Resposta: b.
Resolução:
O trabalho pode ser calculado através da área interna do gráfico, que neste caso é um triângulo.
W = A = (b.h)/2
Onde:
b = base = de Y até Z dá 0,8 m³
h = altura = da base até X dá 4,0.10^5 Pa
Logo:
W = (0,8.4,0.10^5)/2
W = (3,2.10^5)/2
W = 1,6.10^5 J
9) Resposta: b.
Resolução:
W = P.ΔV
W = 20.(10-5)
W = 20.5
W = 100 J
ΔU = Q - W
ΔU = 250 - 150
ΔU = 150 J
10) Resposta: b.
Resolução:
A energia pode ser transformada ou transferida, mas nunca criada ou destruída.
11) Resposta: -200 J, -293,3 J e -93,3 J.
Resolução:
W = -200 J (negativo, tendo em vista que a variação de volume do gás é negativa, ao passar do estado inicial para o estado)
Q = -70 cal (negativo, pois está cedendo calor)
Q = -70.4,19 = -293,3 J
ΔU = Q - W
ΔU = -293,3 - (-200)
ΔU = -93,3 J 
12) Resposta: d.
Resolução:
Como o êmbolo é móvel, ao se aquecer o gás ocorre um aumento da energia cinética das moléculas e consequentemente do número de choques também. Isso faz com que o volume do gás aumente, entretanto, a pressão continua a mesma (P = F/A).
O gás está se expandindo, então: W > 0.
∆U = Q - W
W = Q - ∆U
Q - ∆U > 0 
Q > ∆U
O aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.
13) Resposta: d.
Resolução:
Quando o gás é comprimido, a variação do volume é negativa implicando num trabalho negativo (-200 J), ou seja, o sistema recebe calor.
ΔU = Q - W
300 = Q - (-200)
Q = 300-200
Q = 100 J
14) Resposta: a.
Resolução:
Quando um gás é comprimido ou expandido sem trocar calor (Q = 0) com a vizinhança, dizemos que o gás sofreu uma transformação adiabática. Na expansão livre o gás se expande sem sofrer resistência e, portanto, não existe trabalho realizado (W = 0). Como ∆U = Q - W, então ∆U = 0.
15) Resposta: descritiva.
Resolução:
a)
T = 27ºC = 300 K
A energia interna de um gás ideal é devida apenas à energia cinética de translação dos átomos e o seu valor é dado por:
U = (3/2).N.K.∆T
U = (3/2).2.10²⁴.1,4 x 10⁻²³.3.10²
U = 12,6.10³ J ou 1,26.10⁴ J
b)
Q = 2.10³ cal = 2.10³ x 4,2 = 8,4.10³ J
∆U = Q - W
∆U = 8,4.10³ - 2,4.10³
∆U = 6.10³ J
c)
U = (3/2).N.K.∆T
6.10³ = (3/2).2.10²⁴.1,4 x 10⁻²³.(Tf - 3.10²)
Tf - 3.10² = 6.10³/4,2.10
Tf = 1,43.10² + 3.10²
Tf = 4,43.10² K ou 443 K
16) Resposta: d.
Resolução:
∆U = Q - W (fórmula da variação de energia interna)
Como a seringa foi puxada rapidamente não houve tempo de acontecer troca de calor efetiva, ou seja, ocorreu uma transformação adiabática (Q = 0). Logo:
∆U = 0 - W
∆U = -W
Toda vez que ocorre a expansão de um gás, o trabalho (W) realizado é positivo. Assim, concluímos que a energia interna é necessariamente negativa. Como a energia interna é proporcional à temperatura, fica evidente que a energia interna diminuiu.
P1.V1/T1 = P2.V2/T2 (fórmula do gás ideal)
Diante disso, já sabemos que o volume aumentou e a temperatura diminuiu. Para que haja balanço entre as equações acima, é necessário que a pressão diminua.
17) Resposta: e.
Resolução:
Como o processo é isotérmico, sabemos que a energia interna é nula (ΔU = 0).
Ademais, o gás libera 50 cal de calor, portanto, Q = -50 cal.
Assim:
ΔU = Q - W
0 = -50 - W
W = -50 J
18) Resposta: a.
Resolução:
Ausência de troca de calor (Q = 0) = processo adiabático.
ΔU = Q - W
ΔU = 0 - W
ΔU = -W
Se ΔU > 0, então W