Frida está participando de um torneio de física e, em uma das etapas, fará uma apresentação a respeito de gases ideais com as quatro afirmações abaixo.
  1. A temperatura é definida como o grau de agitação das moléculas.
  2. Quando dois gases são misturados, suas moléculas colidem entre si até que a velocidade de todas elas fique igual, situação que chamamos de equilibrio térmico.
  3. Sob uma perspectiva microscópica, a pressão advém da transferência de momento linear das moléculas às paredes do recipiente.
  4. A cessão de calor a um material sempre faz com que a energia cinética média de suas moléculas aumente.

Passo 1

Beleza, o exercício pede pra analisar quatro afirmações sobre gases ideais e dizer quais são verdadeiras ou falsas. O tema aqui é Termodinâmica de Gases Ideais e a gente vai precisar entender:
  • O que é temperatura na visão microscópica;
  • O conceito de equilíbrio térmico;
  • Como surge a pressão de um gás pelo ponto de vista das partículas;
  • A relação entre calor trocado e energia cinética média.

Passo 2

Primeira afirmação: “A temperatura é definida como o grau de agitação das moléculas.”
Teoria aplicada: na Física Estatística e na teoria do gás ideal, a temperatura absoluta 32kB T = lang<= Ecin rang<=, está relacionada à energia cinética média das moléculas:
onde é a constante de Boltzmann e é a energia cinética média por molécula. Isso significa que quanto maior a agitação (energia cinética), maior a temperatura.
Conclusão: essa afirmativa está certa.

Passo 3

Segunda afirmação: “Quando dois gases são misturados, suas moléculas colidem entre si até que a velocidade de todas elas fique igual, situação que chamamos de equilíbrio térmico.”
Teoria aplicada: equilíbrio térmico ocorre quando dois corpos (ou dois gases) em contato trocam energia até que suas distribuições de velocidades – e, consequentemente, suas temperaturas – fiquem iguais. A Lei Zero da Termodinâmica diz que partes em equilíbrio térmico têm a mesma temperatura.
Conclusão: a ideia está correta, mesmo que na prática seja uma distribuição de velocidades igual em média, não molécula a molécula, mas sim estatisticamente.

Passo 4

Quarta afirmação: “Sob uma perspectiva microscópica, a pressão advém da transferência de momento linear das moléculas às paredes do recipiente.”
Teoria aplicada: cada colisão de uma molécula com a parede troca momento linear P = 13 N m lang<= v^2 rang<=V, e, somando essas trocas por unidade de tempo e área, define-se a pressão. A derivação do modelo cinético mostra que
onde é o número de moléculas, a massa de cada uma, a velocidade quadrática média e o volume.
Conclusão: afirmativa correta.

Passo 5

Oitava afirmação: “A cessão de calor a um material sempre faz com que a energia cinética média de suas moléculas aumente.”
Teoria aplicada: pela Primeira Lei da Termodinâmica, . Para um gás ideal, a energia interna depende só da energia cinética média das moléculas, então quando (calor cedido ao sistema) e se não há trabalho trocado ou ele for zero, a energia interna aumenta, logo a energia cinética média cresce.
Conclusão: afirmativa certa (para gás ideal e em processos sem trabalho ou com trabalho irrelevante para essa parte).

Resposta

Todas as quatro afirmações (1, 2, 4 e 8) estão corretas.

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