Exercícios de Primeira Lei da Termodinâmica em Gases - Lista de Exercícios Resolvida
Questão 1
A figura abaixo mostra três possíveis expansões de um gás ideal monoatômico, que encontra-se inicialmente no estado (cujo volume é ) para os estados finais , ou , todos de volume , através de três processos reversíveis diferentes:
transformação isobárica;
transformação isotérmica
transformação adiabática
Sobre tais processos, é INCORRETO afirmar que:
A maior troca de calor se dá no processo isobárico.
O trabalho realizado pelo gás é menor no processo adiabático.
No processo isotérmico, todo o trabalho é transformado em calor.
As temperaturas finais terão a relação .
Na transformação isotérmica, não haverá calor trocado com o gás, uma vez que .
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Quinhentos joules de trabalho devem ser realizados a fim de comprimir um gás à metade de seu volume inicial a temperatura constante. Quanto trabalho deverá ser realizado para comprimir o gás por um fator de , iniciando com o mesmo volume inicial?
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Considere um gás ideal que absorve calor segundo um dos processos que seguem: a volume constante; a pressão constante e a temperatura constante. Para quais desses processos tem-se a variação da energia interna do gás igual a zero?
Apenas (i).
Apenas (ii).
Apenas (iii).
Apenas (i) e (ii).
Apenas (i) e (iii).
Apenas (ii) e (iii).
Todas elas.
Nenhuma delas.
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Um gás ideal, inicialmente sob pressão , sofre uma expansão livre (adiabática, sem trabalho externo) até que seu volume final seja vezes o seu volume inicial. Responda:
Qual é a pressão do gás após a expansão livre?
O gás, então, é lenta e adiabaticamente comprimido até seu volume original. A pressão após a compressão é de . Determine se o gás é monoatômico, diatômico ou poliatômico.
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Uma amostra de gás ideal se expande de uma pressão e volume iniciais de e para um volume final de .A temperatura inicial é . Se o gás for monoatômico e a expansão for isotérmica, quais são:
A pressão final,
A temperatura final, ?
O trabalho realizado pelo gás?
Refaça os itens anteriores para o caso em que a transformação é adiabática e o gás é monoatômico, e para o caso em que a transformação é adiabática e o gás é diatômico.
Dados:
-Constante dos Gases:
-Pressão atmosférica:
-Gás monoatômico:
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No intervalo de temperatura de a , a pressão de um certo gás não ideal está relacionada ao volume e à temperatura através da equação
Qual é o trabalho realizado pelo gás se a temperatura aumenta de para enquanto a pressão permanece constante?
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Uma amostra de gás se expande de uma pressão inicial de e um volume inicial de para um volume final de . Durante a expansão, a pressão e o volume estão relacionados pela equação , onde . Determine o trabalho realizado pelo gás durante a expansão.
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Um mol de gás ideal monoatômico, partindo sempre do estado inicial de volume , pressão e temperatura , dobra a temperatura por quatro processos diferentes. O processo é a volume constante, o processo é isobárico, o é linear com pressão final e é adiabático. Dê as respostas em função de , e .
Coloque na tabela os valores da pressão e do volume no final de cada processo. Represente cada processo no diagrama .
Calcule a variação da energia interna para cada um dos processos.
No processo , calcule o trabalho e o calor trocado.
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O ar inicialmente ocupa à pressão manométrica de se expande isotermicamente para uma pressão de e em seguida é resfriado a pressão constante até atingir o volume inicial. Calcule o trabalho realizado pelo ar. (Pressão manométrica é a diferença entre a pressão real e a pressão atmosférica)
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Três mols de nitrogênio estão em uma caixa cúbica e rígida, com lados medindo Determine:
c) A força que o gás exerce sobre cada um dos seis lados da caixa quando a temperatura é de
d) O trabalho realizado pelo gás quando a sua temperatura aumenta pra
e) O número de graus de liberdade das moléculas e a energia cinética média por molécula no estado inicial.
f) A velocidade média quadrática no estado inicial.
Dados:
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Nas expansões adiabáticas:
a) o gás realiza trabalho sobre o ambiente e a energia interna do gás diminui
b) a temperatura do gás não varia
c) o ambiente realiza trabalho sobre o gás e energia interna do gás aumenta
d) a energia interna do gás não varia
e) a pressão do gás não varia
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A figura abaixo mostra três possíveis expansões de um gás ideal monoatômico, que encontra-se inicialmente no estado (cujo volume é ) para os estados finais , ou , todos de volume , através de três processos reversíveis diferentes:
I – transformação isobárica;
II – transformação isotérmica
III – transformação adiabática
Sobre tais processos, é INCORRETO afirmar que:
- A maior troca de calor se dá no processo isobárico.
- O trabalho realizado pelo gás é menor no processo adiabático.
- No processo isotérmico, todo o trabalho é transformado em calor.
- As temperaturas finais terão a relação .
- Na transformação isotérmica, não haverá calor trocado com o gás, uma vez que .
Questão 13
Dadas as seguintes afirmativas a respeito de um gás ideal com calores específicos (a volume constante) e (a pressão constante):
- É necessário fornecer uma quantidade de calor maior para um mesmo número de moles de um gás ideal a volume constante do que a pressão constante para que este gás sofra uma dada variação de temperatura.
- A altas temperaturas, é necessário fornecer uma quantidade de calor menor para um mesmo número de moles de um gás ideal monoatômico do que um gás diatômico para que estes gases sofram uma mesma variação de temperatura.
- Em um processo realizado a pressão constante, a variação de energia interna de um gás ideal só depende da quantidade de calor trocada com as vizinhanças.
As CORRETAS são:
- Apenas I.
- Apenas II.
- Apenas III.
- Apenas I e II.
- Apenas II e III.
- Apenas I e III.
Questão 14
Considere um gás ideal que absorve calor segundo um dos processos que seguem: (i) a volume constante; (ii) a pressão constante e (iii) a temperatura constante. Para quais desses processos tem-se a variação da energia interna do gás () igual a zero?
- Apenas (i).
- Apenas (ii).
- Apenas (iii).
- Apenas (i) e (ii).
- Apenas (i) e (iii).
- Apenas (ii) e (iii).
- Todas elas.
- Nenhuma delas.
Questão 15
Um gás ideal está inicialmente em um estado de equilíbrio caracterizado por . O gás pode sofrer um dos seguintes processos:
- Expansão isotérmica reversível até o volume
-Expansão adiabática reversível até o volume
Sabendo que o trabalho realizado pelo gás nestes processos é o mesmo, marque a alternativa correta para a relação entre e
- Nada se pode afirmar
Questão 16
Dois mols de um gás monoatômico são aquecidos, a partir de , até a temperatura de
- Qual a quantidade de calor necessária se o aquecimento for a volume constante?
- Qual é a variação de energia interna do gás?
- Qual seria o trabalho realizado se o aquecimento fosse a pressão constante?
Questão 17
Um gás monatômico ideal sofre uma expansão isotérmica a 300 K, com o aumento do volume de 0,05 para 0,15 . A pressão final é de 130 kPa. O calor transferido para o gás, em kJ, é mais próximo de:
A) 21
B) 11
C) -21
D) -11
E) zero
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Considere dois cilindros de gás idênticos em todos os aspectos, exceto que um contém Oxigênio ( ) e o outro contém Hélio (He). Ambos os cilindros inicialmente contêm o mesmo volume de gás a 0 °C e 1 atm. de pressão, e estão fechados por um pistão móvel em uma extremidade. Ambos os gases são agora comprimidos adiabaticamente para um terço do seu volume original. Qual o gás terá o maior aumento de temperatura e o maior
Aumento de pressão, respectivamente?
- Nenhum, ambos mostram o mesmo aumento;
- Nenhum, ambos mostram o mesmo aumento;
- É impossível dizer a partir da informação dada.
Questão 19
Qual(ais) dos seguintes processos envolve(m) necessariamente trabalho?
Você empurra um pistão dentro de um cilindro de paredes adiabáticas com gás, aumentando a temperatura do mesmo. Você coloca um cilindro (de paredes diatérmicas) com gás dentro de água quente. O gás expande empurrando um pistão para cima de forma a levantar um peso. Um bloco de aço é mantido sobre a chama de uma vela.
todos esses processos.
nenhum desses processos.
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de uma gás ideal monoatômico, cuja temperatura é de , são colocados em um recipiente que contém um pistão móvel. O volume inicial do gás é de . O gás é comprimido isotermicamente até um volume final de 1,0 m³. Qual a quantidade de calor rejeitada pelo gás nesse processo?
zero
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Questão 21
O diagrama abaixo descreve processos diferentes entre dois estados inicial e final, respectivamente e , sofridos por 1 mol de um gás ideal. Considere como sendo .
Considerando os dois trajetos indicados no diagrama p-V para se levar o sistema do estado para o estado , a saber e , sabe-se que o calor a ser fornecido ao sistema no trecho é de , no trecho é de e no trecho é de . Qual é então o calor que deve ser fornecido ao sistema no trecho ?
.
.
.
.
.
.
O processo ia tem que ser um processo adiabático, ou seja, sem trocas de calor.
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Quando um gás ideal aumenta seu volume a pressão constante, a energia cinética média das moléculas do gás:
- Aumenta
- Diminui
- Não muda
- Pode aumentar ou diminuir, consoante se trate ou não o processo é realizado adiabaticamente.
- Pode ou não mudar, mas informação insuficiente é dada para fazer tal determinação.
Questão 23
Um gás está inicialmente em equilíbrio térmico com um reservatório térmico a temperatura . Ele pode realizar a mesma quantidade de trabalho de duas maneiras distintas, através de uma expansão isotérmica até atingir o volume ou através de uma expansão adiabática até atingir volume e temperatura . É correto afirmar que:
(a) e .
(b) e .
(c) e .
(d) e .
(e) e .
(f) e .
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Uma certa quantidade de gás ideal contida no recipiente de um manômetro de tubo aberto está inicialmente a uma temperatura , quando a pressão manométrica vale . A pressão atmosférica local vale O gás é aquecido a volume constante, até atingir uma temperatura , quando a pressão manométrica atinge o dobro da inicial. Qual a relação entre as temperaturas?
Questão 25
A figura a seguir mostra, em escala, o diagrama que descreve dois processos, e , que uma certa amostra de gás ideal pode sofrer a partir do mesmo estado inicial . O processo leva o gás para o estado final , enquanto o processo o leva ao estado final . Os estados 2 e 3 apresentam a mesma temperatura.
Considere: A variação de energia interna do gás, , o calor recebido pelo gás, , e o trabalho realizado sobre o gás, . A comparação correta dos valores dessas grandezas (dos valores com o sinal, não dos módulos dos valores!) nos dois caminhos é
Para a variação de energia:
Para o trabalho realizado sobre o gás
Para o calor recebido pelo gás
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Utilize a figura abaixo, que representa um processo termodinâmico sofrido por de Neônio . Considere .
Podemos afirmar que as opções corretas são:
A pressão no vale .
A pressão no ponto vale
A temperatura em vale .
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Um cilindro fechado por um pistão móvel contém mols de uma gás ideal, à temperatura inicial de . Um certa quantidade de calor é injetada no sistema, de modo que o sistema sofre um processo isocórico e a pressão final se torna vezes a pressão inicial. O calor específico molar a pressão constante do gás é O calor absorvido pelo gás é aproximadamente, em ,
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Questão 28
Considere pontos no diagrama com as seguintes pressões e volumes. Ponto A:
(2,); Ponto B: (,2); Ponto C: (,2); Ponto D: (,). Considere que de um gás ideal sejam colocados para realizar os seguintes ciclos:
Ciclo : o gás passa por uma expansão isobárica do ponto A até o ponto B, e depois por um processo isocórico do ponto B para o ponto C. Em seguida, é comprimido isobaricamente do ponto C para o ponto D e finalmente retorna isocoricamente ao ponto A.
Ciclo : o gás passa por uma expansão isobárica do ponto A ate o ponto B, e depois por um processo isocórico do ponto B para o ponto C. Finalmente, o gás é comprimido isotermicamente do ponto C para o ponto A.
Ainda com relação aos ciclos, assinale a opção CORRETA:
- No ciclo , o calor trocado no trecho é positivo.
- No ciclo , o calor trocado no trecho é negativo.
- No ciclo , a variação de energia térmica no trecho é negativa.
- No ciclo , o trabalho realizado pelo sistema no trecho é negativo e no trecho é positivo.
- No ciclo , a energia termica diminui no trecho .
Questão 29
O diagrama abaixo descreve processos diferentes entre dois estados inicial e final, respectivamente e , sofridos por 1 mol de um gás ideal. Considere como sendo .
O que se pode dizer sobre os pontos e do diagrama abaixo?
Precisa-se adicionar a mesma quantidade de energia interna (ou térmica) a um gás nessas condições para se chegar ao estado .
O trabalho para se levar o sistema do estado para o estado independe do trajeto escolhido no diagrama.
Os pontos a e b encontram-se sobre uma mesma isoterma.
A temperatura em é menor que a temperatura em .
Todas as alternativas acima estão incorretas.
Ver solução completaQuestão 30
. Durante um processo adiabático reversível, podemos afirmar para a energia interna de um gás ideal monoatômico em função do volume que
é proporcional a
é proporcional a
é proporcional a
é proporcional a
Ver solução completaQuestão 31
A figura abaixo representa um processo adiabático. Assinale a afirmação correta.
A) e
B) e
C) e
D) e
E) e
Ver solução completaQuestão 32
Um gás ideal monoatômico () num recipiente fechado passa por um processo adiabático. O recipiente contém 20 mols do gás, a pressão inicial é 400 kPa e a temperatura inicial é 450 K. A temperatura final é 320 K. O volume final do gás em unidades do SI é, aproximadamente:
A) 0,21
B) 0,23
C) 0,27
D) 0,30
E) 0,33
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Um mol de um gás ideal monoatômico ao ser expandido realiza um trabalho de e ganha de calor. Podemos afirmar que a expansão deste gás pode ser:
(a) Expansão livre.
(b) Isovolumétrica (ou isocórica) reversível.
(c) Isotérmica reversível.
(d) Adiabática reversível.
(e) Isobárica reversível.
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Uma máquina térmica descreve o ciclo abca mostrado na Figura ao lado usando 9,0 moles de um gás ideal. O processo ca é adiabático. As temperaturas dos pontos a e b são 300 K e 500 K, respectivamente. O volume do ponto c é 0,20 m3. A constante adiabática do gás é γ =1,67.
O trabalho realizado pela máquina no processo ab, em kJ, é mais próximo de:
a) zero
b) +15
c) +25
d) -15
e) -25
Ver solução completaQuestão 35
Considere 4 mols de um gás ideal diatômico inicialmente a temperatura T. Primeiramente, o gás é submetido a uma expansão a pressão constante aumentando sua temperatura para 3T. Em seguida, o gás sofre uma expansão adiabática. Sabendo que a variação da energia interna total do gás nos dois processos é de 4RT, qual o trabalho total realizado pelo gás?
a) -RT
b) -4RT
c) RT
d) 6RT
e) 15RT
f) 20RT
g) 24RT
h) 28RT
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Dois gases distintos são mantidos isolados por recipientes rígidos e . O recipiente contém do gás He enquanto o recipiente contém 1 mol do gás . Admita que os gases são ideais e que suas temperaturas são e , respectivamente. Nestas temperaturas as oscilações internas não contribuem para energia média. Considere que as moléculas diatômicas possuem movimento rotacional e assuma que a constante dos gases ideais é dada por
I) A energia interna do gás em é
II) A energia interna do gás em é .
III) Se os gases são postos em contato térmico, permanecendo isolados do ambiente a temperatura final de equilíbrio será .
IV) A contribuição da rotação para energia interna é nula para o gás em A.
V) Em baixas temperaturas, onde somente a energia de translação contribui para a energia interna, a energia interna por mol é maior para o devido à maior massa.
Assinale a alternativa correta:
a) As afirmações I, II e V são verdadeiras.
b) Somente as afirmações I e IV são verdadeiras
c) Somente as afirmações I, II e IV são verdadeiras
d) As afirmações I, III, V são falsas.
e) Somente a informação III é falsa
Ver solução completaQuestão 37
Considere um recipiente com êmbolo que contém em seu interior uma quantidade fixa de gás ideal. Submetemos esse sistema a um processo termodinâmico, no qual o volume do gás é reduzido a um terço de seu volume inicial e a temperatura absoluta aumentada por um fator 1,5. Neste processo, a pressão do gás:
- Aumenta por um fator 4,5.
- Diminui por um fator 2.
- Permanece constante.
- Diminui por um fator 4,5.
- Aumenta por um fator 2.
Questão 38
Quando um termômetro de gás a volume constante está em contato com a água no ponto triplo (), a pressão do termômetro é . No caso desse termômetro, um kelvin corresponde a uma variação de pressão de aproximadamente
Escolha uma:
Questão 39
2 mols de gás monoatômico tem um aumento de em um processo de expansão isobárica. Qual o trabalho realizado pelo gás durante este processo?
A) 332 J
B) 500 J
C) 832 J
D) 2,44 kJ
E) 4,19 kJ
Ver solução completaQuestão 40
Um mol de um gás ideal monoatômico pode atingir o mesmo estado final através de três processos distintos como mostrado no gráfico abaixo.
Dados e .
O calor absorvido pelo gás no processo B é:
A) -1,9 J
B) -1,1 J
C) 0 J
D) 1,1 J
E) 1,9 J
Ver solução completaQuestão 41
Dois mols de um gás ideal são levados do estado para o estado , conforme ilustrado ao lado. Desprezando efeitos de vibração das moléculas, assinale a alternativa que pode corresponder ao tipo de gás utilizado e ao processo ilustrado.
- Monoatômico e Isotérmico
- Diatômico e Isotérmico
- Poliatômico e Isotérmico
- Monoatômico e Adiabático
- Diatômico e Adiabático
- Poliatômico e Adiabático
- Monoatômico e Isobárico
- Diatômico e Isobárico
- Poliatômico e Isobárico
Questão 42
A figura mostra quatro trajetórias em um diagrama ao longo das quais um gás pode ser levado de um estado para um estado . Ordene as trajetórias de acordo com o valor absoluto da energia transferida na forma de calor entre o gás e o ambiente, começando pelo maior.
(a) Todas empatadas
(b) e empatadas, depois ,
(c)
(d)
(e)
Ver solução completaQuestão 43
A temperatura de de um gás ideal monoatômico é aumentada de a pressão constante. Calcule
- O trabalho realizado pelo gás
- A energia transferida para o gás (Dê a resposta em termos da constante dos gases ideais )
- A variação de energia interna do gás (Dê a resposta em termos da constante dos gases ideais )
- A variação da energia cinética média por átomo. (Dê a resposta em termos da constante de Boltzmann )
Questão 44
Considere os seguintes processos reversíveis em um gás ideal: (I) uma expansão a pressão constante, (II) uma expansão adiabática e (III) um aumento de pressão a volume constante.
O que acontece com a temperatura do gás nesses três processos?
a) (I) diminui, (II) não muda, (III) aumenta
b) (I) aumenta, (II) aumenta, (III) diminui
c) (I) diminui, (II) não muda, (III) diminui
d) (I) aumenta, (II) não muda, (III) diminui
e) (I) aumenta, (II) diminui, (III) aumenta
f) (I) aumenta, (II) não muda, (III) aumenta
g) (I) diminui, (II) aumenta, (III) não muda
h) (I) não muda, (II) não muda, (III) não muda
Ver solução completaQuestão 45
Quatro mols de um gás diatômico ideal, com rotação molecular, mas sem vibração, sofrem um aumento de temperatura de a pressão constante. (Dado: )
- Qual é a quantidade de calor transferida ao gás?
- Qual é o aumento da energia interna do gás?
- De quanto aumentou a energia cinética de translação do gás?
Questão 46
Um gás ideal monoatômico sofre uma expansão isotérmica a 300 K, com o aumento do volume de 0,020 m3 para 0,040 m3 . A pressão final é de 120 kPa. A transferência de calor para fora do gás é mais próxima de:
A) 3,3 kJ
B) 1,7 kJ
C) -3,3 kJ
D) -1,7 kJ
E) 0,00 kJ
Ver solução completaQuestão 47
1,0 mol de um sólido elementar e 1,0 mol de um gás monoatômico interagem termicamente dentro de um recipiente isolado. Qual é a variação de temperatura do sólido se a temperatura do gás decresce de a volume constante?
a) aumenta de
b) diminui de
c) aumenta de
d) diminui de
e) aumenta de
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