Lista de exercicios 1

Termodin Avançada
Questão 01 - (UEM PR/2014)
Com relação à Teoria Cinética dos Gases, aplicada a um gás ideal rarefeito, contido em um
recipiente hermeticamente fechado, analise as alternativas abaixo e assinale o que for correto.
01. As colisões entre as moléculas desse gás ideal e as paredes do recipiente são inelásticas e de
impulso definido.
02. As moléculas do gás ideal somente exercem forças umas sobre as outras quando colidem entre
si.
04. As moléculas do gás ideal descrevem um movimento desordenado regido pelas leis
fundamentais da Mecânica Newtoniana.
08. As moléculas do gás ideal possuem dimensões desprezíveis em comparação aos espaços
vazios entre elas, e a frequência de suas colisões contra as paredes do recipiente define a
pressão desse gás.
16. As moléculas do gás ideal possuem energia cinética de translação e energia potencial de
configuração.
Questão 02 - (UEFS BA/2010)
Com base nas leis da Termodinâmica, é correto afirmar:
a) A variação da energia interna do gás, em uma transformação isocórica de uma dada massa de
gás ideal, é sempre igual à quantidade de calor trocada.
b) A energia interna de um gás ideal é função exclusiva de sua pressão.
c) A energia interna de um gás ideal sobre o qual é realizado um trabalho de 80,0J, durante uma
compressão adiabática, é nula.
d) O calor específico a volume constante é sempre maior que o calor específico à pressão
constante em qualquer gás.
e) A variação da energia interna de um gás ideal submetido a uma transformação isotérmica é
sempre positiva
Questão 03 - (UEPG PR/2010)
Sobre a teoria cinética dos gases, assinale o que for correto.
01. Quando a energia cinética média das moléculas de um gás aumenta e o seu volume permanece
constante, a pressão e a temperatura do gás aumentam.
02. As variáveis de estado de um gás ideal (P,V,T) estão relacionadas com a quantidade de
moléculas do gás.
04. A energia cinética média por molécula de um gás independe da natureza do gás.
08. Gás ideal é aquele cujas moléculas não interagem entre si.
16. Quando um gás sofre uma transformação adiabática ele não troca calor com a sua vizinhança.
Questão 04 - (UNIMONTES MG/2015)
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Num processo isocórico, três moles de gás ideal recebem 7,5⋅103 J de calor ao variar sua
temperatura de 300 K para 500 K. Num processo isobárico, essa mesma amostra de gás recebe
12,5⋅103 J de calor para sofrer a mesma variação de temperatura. O trabalho feito pelo gás, no
processo isobárico, é igual a
a)
b)
c)
d)
5,0⋅103 J.
2,0⋅103 J.
4,0⋅103 J.
1,0⋅103 J.
Questão 05 - (UFES/2015)
A figura abaixo apresenta um conjunto de transformações termodinâmicas sofridas por um gás
perfeito. Na transformação 1! 2, são adicionados 200 J de calor ao gás, levando esse gás a atingir
a temperatura de 60ºC no ponto 2. A partir desses dados, determine
!
a) a variação da energia interna do gás no processo 1! 2;
b) a temperatura do gás no ponto 5;
c) a variação da energia interna do gás em todo o processo termodinâmico 1!
5.
Questão 06 - (UFRGS/2015)
Sob condições de pressão constante, certa quantidade de calor Q, fornecida a um gás ideal
monoatômico, eleva sua temperatura em ! .
Quanto calor seria necessário, em termos de Q, para produzir a mesma elevação de temperatura
! , se o gás fosse mantido em volume constante?
a)
b)
c)
d)
e)
3Q.
5Q/3.
Q.
3Q/5.
2Q/5.
Questão 07 - (IFSC/2015)
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O gráfico a seguir representa a transformação gasosa sofrida por um gás, quando passa do estado
A para o estado C, passando também pelo estado B. Admitindo o gás como ideal e tendo o gráfico
como base, assinale no cartão-resposta a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S).
!
01. De A para B, o gás sofre uma transformação isobárica, na qual quantidade de calor trocado é
maior que o trabalho associado a esta transformação.
02. O trabalho realizado de A para C é de 1,4 102J.
04. A temperatura absoluta do gás no estado A é o dobro da temperatura no estado C e metade da
temperatura no estado B.
08. Admitindo que na transformação de A para C o gás cede uma quantidade de calor igual a
120J, a sua energia interna varia em –310J.
16. O fato de a pressão diminuir do estado A para o estado C é consequência de um vazamento de
gás para o meio externo.
32. A transformação de B para C é uma adiabática, pois a temperatura diminuiu devido à energia
gasta na forma de trabalho pelo gás.
Questão 08 - (UNESP/2014)
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
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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.
Questão 09 - (UFPE/2014)
Um gás passa pela transformação termodinâmica ABCD indicada no diagrama pressão versus
volume a seguir. Nesta transformação, a energia interna do gás diminui de 25 J. Na transformação
ABCD, qual foi o módulo do calor trocado pelo gás com o ambiente, em joules?
!
Questão 10 - (UEM PR/2014)
Em uma transformação gasosa de 10 mols de um gás ideal, o produto PV é mantido constante e
igual a 41.550 J. Durante essa transformação, o gás ideal recebe 4.000 J de calor. Sabendo que a
constante universal dos gases vale 8,31 J/mol.K, analise as alternativas abaixo e assinale o que for
correto.
01.
02.
04.
08.
16.
O gás ideal, durante essa transformação gasosa, sofre uma expansão isotérmica.
Antes de sofrer a transformação gasosa, a temperatura inicial do gás ideal é de 500 K.
O trabalho efetuado pelo gás ideal durante a transformação gasosa é de 4.000 J.
Ao final da transformação gasosa, a energia interna do gás ideal aumenta de 4.000 J.
A energia cinética das moléculas do gás aumenta quando o gás absorve calor ao sofrer a
transformação gasosa.
Questão 11 - (UEG GO/2013)
Dentro de um cilindro com pistão móvel está confinado um gás monoatômico. Entre a parte
superior, fixa, do cilindro e o pistão existe uma barra extremamente fina de metal, de comprimento
l0, com coeficiente de dilatação linear α, ligada por um fio condutor de calor a uma fonte térmica.
A barra é aquecida por uma temperatura τ que provoca uma dilatação linear Δl, empurrando o
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pistão que comprime o gás. Como a área da base do cilindro é A e o sistema sofre uma
transformação isobárica a uma pressão π, o trabalho realizado é igual a:
a)
b)
c)
d)
πταAl0
πAτ2α2l02
π2ταAl0
(πταAl0)/2
Questão 12 - (UNESP/2013)
Determinada massa de gás ideal sofre a transformação cíclica ABCDA mostrada no gráfico. As
transformações AB e CD são isobáricas, BC é isotérmica e DA é adiabática. Considere que, na
transformação AB, 400 kJ de calor tenham sidos fornecidos ao gás e que, na transformação CD,
ele tenha perdido 440 kJ de calor para o meio externo.
!
Calcule o trabalho realizado pelas forças de pressão do gás na expansão AB e a variação de
energia interna sofrida pelo gás na transformação adiabática DA.
Questão 13 - (IME RJ/2016)
!
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Um êmbolo está conectado a uma haste, a qual está fixada a uma parede. A haste é aquecida,
recebendo uma energia de 400 J. A haste se dilata, movimentando o êmbolo que comprime um gás
ideal, confinado no reservatório, representado na figura. O gás é comprimido isotermicamente.
Diante do exposto, o valor da expressão: !
é
Dados:
• pressão final do gás: Pf;
• pressão inicial do gás: Pi;
• capacidade térmica da haste: 4 J/K;
• coeficiente de dilatação térmica linear da haste: 0,000001 K–1.
a)
b)
c)
d)
e)
0,01
0,001
0,0001
0,00001
0,000001
Questão 14 - (UNESP/2016)
Determinada massa de nitrogênio é armazenada a 27 ºC dentro de um cilindro fechado em sua
parte superior por um êmbolo de massa desprezível, sobre o qual está apoiado um corpo de 100
kg. Nessa situação, o êmbolo permanece em repouso a 50 cm de altura em relação à base do
cilindro. O gás é, então, aquecido isobaricamente até atingir a temperatura de 67 ºC, de modo que
o êmbolo sofre um deslocamento vertical ! , em movimento uniforme, devido à expansão do gás.
!
Desprezando o atrito, adotando g = 10 m/s2 e sabendo que a área do êmbolo é igual a 100 cm2, que
a pressão atmosférica local vale 105 N/m2 e considerando o nitrogênio como um gás ideal, calcule
o módulo, em N, da força vertical que o gás exerce sobre o êmbolo nesse deslocamento e o
trabalho realizado por essa força, em J, nessa transformação.
Questão 15 - (ESPCEX/2014)
Em uma fábrica, uma máquina térmica realiza, com um gás ideal, o ciclo FGHIF no sentido
horário, conforme o desenho abaixo. As transformações FG e HI são isobáricas, GH é isotérmica e
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IF é adiabática. Considere que, na transformação FG, 200 kJ de calor tenham sido fornecido ao
gás e que na transformação HI ele tenha perdido 220 kJ de calor para o meio externo.
A variação de energia interna sofrida pelo gás na transformação adiabática IF é
!
a)
b)
c)
d)
e)
–40 kJ
–20 kJ
15 kJ
25 kJ
30 kJ
GABARITO:
1) Gab: 14
2) Gab: A
3) Gab: 23
4) Gab: A
5) Gab:
a) !
b) T5 = 60 ºC
c) !
6) Gab: D
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7) Gab: 13
8) Gab: ΔU = 20J e P3 = 8,0 ⋅ 104 Pa
9) Gab: 31
10) Gab: 07
11) Gab: A
12) Gab:
τAB = 2,8 ⋅ 105 J
ΔUDA = 2 ⋅ 104 J
13) Gab: C
14) Gab: Fgás = 2,0 103 N e
15) Gab: C
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