Caderno
12
Termodinâmica
Conteúdos
Equação de Clapeyron, Gás Ideal, Lei Geral dos Gases, Trabalho de um gás, Energia Interna, 1ª Lei e 2ª Lei da termodinâmica, Entropia, Rendimento de uma Máquina Térmica e Ciclo de Carnot.
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Do que se Trata?
...
Confira!
Eu, uma máquina térmica!? Sim, e não é uma questão filosófica, é Física!
Você é um sistema aberto que troca matéria e energia com seu ambiente. Ao se alimentar, por exemplo, absorve energia química que pode ser convertida na forma de trabalho, seja correndo, falando ou respirando.
Neste caderno resolveremos exercícios que tratam de duas leis físicas, a Primeira e a Segunda Leis da Termodinâmica, e veremos como elas se aplicam a máquinas térmicas, como você.
01
Um gás ideal, com massa molar de 32 g/mol, está confinado em um recipiente com 10 litros de volume. Sabendo que existem 64 g do gás no recipiente, a uma temperatura de -23 °C, a pressão exercida sobre as paredes do recipiente corresponde a (Considere R = 0,082 atm.l/mol.K)
a) 0,20 atm.
b) 0,41 atm.
c) 2 atm.
d) 4,1 atm.
e) 16,4 atm.
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02
Analise as afirmações a seguir a respeito do conceito de volume molar e do comportamento dos gases Oxigênio (O2) e Hidrogênio (H2) (Considere R = 0,082 atm.l/mol.K):
I. O volume molar é definido como o volume ocupado por um mol de qualquer substância (geralmente gases) a uma determinada pressão e temperatura, sendo expresso em litros por mol (L/mol).
II. Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP), que correspondem a 0 °C e 1 atm, o volume de um mol de Oxigênio (O2) é de aproximadamente 22,4 litros.
III. Mesmo com massa molecular muito menor que a do Oxigênio (O2), dois mols de gás Hidrogênio (H2) nas CNTP ocupa um volume aproximado de 44,8 litros.
Assinale a alternativa correta:
a) Apenas a afirmação I está correta.
b) Apenas as afirmações I e II estão corretas.
c) Apenas as afirmações I e III estão corretas.
d) Apenas as afirmações II e III estão corretas.
e) Todas as afirmações (I, II e III) estão corretas.
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03
Um balão meteorológico transporta uma sonda que produz informações diárias importantes para o banco de dados do sistema de vigilância meteorológica mundial, ao atingir, na altura máxima, pontos da atmosfera com temperaturas da ordem de -63 °C e pressão atmosférica de 0,05 atm. Considerando que um balão desses, com 10 m , seja solto do solo, em condições de temperatura igual a 27 °C e pressão atmosférica de 1 atm, qual deve ser o volume desse balão na sua altura máxima?
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04
Em um laboratório para teste de novos materiais, um ensaio foi realizado para avaliar a resistência à pressão de um tubo metálico. Fechado em uma das extremidades, na outra um êmbolo móvel foi adaptado a uma prensa que aumenta, de forma gradual, a pressão do ar no interior do tubo. Em condições controladas, de forma a manter a temperatura constante, o ensaio tem início a partir da pressão de 2 atm, quando o volume ocupado pelo gás é de 15 litros. O ensaio é encerrado quando o volume de 10 litros é atingido, o que deve ter ocorrido à pressão de:
a) 1 atm.
b) 2 atm.
c) 3 atm.
d) 4 atm.
e) 5 atm.
06
(UFMS) Um freezer, regulado para manter a temperatura em seu interior a -18 ºC, foi fechado e ligado quando a temperatura ambiente estava a 27 °C e a pressão atmosférica em 1 atm. Determine a variação percentual da pressão do ar no interior do freezer, quando a temperatura atingir -18 ºC, após um certo tempo de funcionamento. Considere o ar no interior do freezer comportando-se como um gás ideal e que o mesmo é mantido hermeticamente fechado.
10
(ITA) Considere uma mistura de gases H e N, em equilíbrio térmico. Sobre a energia cinética média e sobre a velocidade média das moléculas de cada gás, pode-se concluir que
a) as moléculas de N e H têm a mesma energia cinética média e a mesma velocidade média.
b) as moléculas de N e H têm a mesma velocidade média, mas as moléculas de N têm maior energia cinética média.
c) as moléculas de N e H têm a mesma velocidade média, mas as moléculas de H têm maior energia cinética média.
d) as moléculas de N e H têm a mesma energia cinética média, mas as moléculas de N têm maior velocidade média.
e) as moléculas de N e H têm a mesma energia cinética média, mas as moléculas de H têm maior velocidade média.
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Um mol de um gás ideal monoatômico realiza um processo cíclico A → B → C → A, conforme representado no diagrama de Pressão (P) por Volume (V).
Considere que na etapa isobárica (C → A), a temperatura do gás aumenta de TC = 300 K no estado C até TA = 500 K no estado A.
Com base nas propriedades das transformações apresentadas e nos conceitos de energia interna, assinale a alternativa correta:
a) ΔUCA = 2490 J; nas etapas seguintes, ΔUAB > 0 (pois o gás se expande) e ΔUBC < 0 (pois a pressão diminui).
b) ΔUCA = 2490 J; nas etapas seguintes, ΔUAB < 0 (pois o sistema resfria e a energia interna diminui) e ΔUBC = 0 (pois a temperatura é constante).
c) ΔUCA = 3735 J; nas etapas seguintes, ΔUAB = 0 (pois na isotérmica não há variação de energia interna) e ΔUBC < 0 (pois a temperatura do sistema diminuiu, logo a energia interna diminuiu).
d) ΔUCA = 3735 J; nas etapas seguintes, ΔUAB > 0 (pois o volume aumenta) e ΔUBC = 0 (pois o volume é constante).
e) ΔUCA = 6225 J; nas etapas seguintes, ΔUAB = 0 (pois é um processo cíclico) e ΔUBC > 0 (pois o gás perde calor).
14
(EFOMM) Uma bomba de encher pneus de bicicleta é acionada rapidamente, tendo a extremidade de saída de ar vedada. Consequentemente, o ar é comprimido, indo de um estado 1 para um estado 2. Nestas condições, podemos afirmar que a transformação termodinâmica verificada, na passagem do estado 1 para o estado 2, aproxima-se mais de uma
a) isométrica, porque o volume de ar se mantém.
b) isotérmica, porque a temperatura do ar não se altera.
c) isobárica, porque a pressão do ar não se altera,
d) adiabática, porque quase não há troca de calor com o exterior.
e) isocórica, porque o volume da câmara se mantém, independentemente da temperatura.
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(FUVEST) Um mol de um gás ideal percorre o processo cíclico ABCA em um diagrama P-V, conforme mostrado na figura, sendo que a etapa AB é isobárica, a etapa BC é isocórica e a etapa CA é isotérmica.
Considere as seguintes afirmações:
I. O gás libera calor tanto na etapa BC quanto na etapa CA.
II. O módulo do trabalho realizado pelo gás é não nulo tanto na etapa AB quanto na etapa BC.
III. O gás tem sua temperatura aumentada tanto na etapa AB quanto na etapa CA.
É correto o que se afirma em:
a) Nenhuma delas.
b) Apenas I.
c) Apenas II.
d) Apenas III.
e) Apenas I e II.
Respostas
01. Letra D.
02. Letra E.
03. 140 m3.
04. Letra C.
05. 0,85 atm (-15%).
06. 4 litros.
07. Letra C.
08. Letra A.
09. -0,8 J.
10. Letra E.
11. Letra B.
12. Letra E.
13. Letra C.
14. Letra D.
15. Letra B.
16. 30%.