Exercicios Termodinamica

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88 PARTE I TERMOLOGIATpico 51Voc j deve ter notado que ao esfregar as mos durante algum tempo elas ficam mais quentes. Isso ocorre porque:a)aumenta a circulao do sangue, elevando a produo de calor;b)omovimentodasmospodealteraratemperaturadoambiente, devido ao atrito delas com o ar;c)otrabalhomecnicorealizadopelasforasdeatritoexistentes entre as mos se transforma em energia trmica, aumentando sua temperatura;d)durante o movimento, as mos absorvem energia trmica do am-biente, o que aumenta sua temperatura;e)a diferena de polaridade existente entre a mo direita e a mo es-querda provoca um aquecimento em ambas.Resoluo:No deslizamento das mos, as foras de atrito realizam trabalho, trans-formando energia mecnica em energia trmica, que ir aquec-las.Resposta: c2Dos itens citados a seguir, qual condio obrigatria para que um gs realize trabalho?a)Variao na presso do gs.b)Variao no volume do gs.c)Variao na temperatura do gs.d)Recebimento de calor do meio externo.e)Ocorrncia de uma reao de desintegrao nuclear no gs, acom-panhada de liberao de energia trmica.Resoluo:Um sistema gasoso realiza trabalho quando o seu volume aumenta.Resposta: b3Aprimeiracolunadescreveumatransformaosofridapelo gs;asegundacontmadenominaoutilizadaparaindicaressa transformao.(A)Ogsrealizatrabalhoesua energia interna no varia.(1) Compresso isotrmica.(B) O gs tem sua energia interna aumentada e no troca traba-lho com o meio externo.(2)Compresso adiabtica.(C)Ogsnotrocacalorcomo meioexterno,massuatem-peratura aumenta.(3)Aquecimento isomtrico.(D)Ogsrecebetrabalhoesua energia interna no varia.(4)Expanso isotrmica.Em qual das alternativas as associaes esto corretas?a)A1, B2, C3 e D4. b)A4, B2, C1 e D3. c)A4, B3, C2 e D1.d)A3, B1, C4 e D2.e)A2, B4, C1 e D4.Resoluo:A)Expanso isotrmicaB)Aquecimento isomtricoC)Compresso adiabticaO gs recebe energia em forma de trabalho.D)Compresso isotrmicaAssim:A 4B 3C 2D 1Resposta: c4(Enem) Considere as afirmaes:I.Caloretrabalhosoformasdetransfernciadeenergiaentre corpos.II.Calor medido necessariamente em calorias, enquanto trabalho somente medido em joules. III.Dez calorias valem aproximadamente 42 joules.Pode-se af irmar que apenas:a)I correta. b)II correta. c)III correta.d)I e II so corretas. e)I e III so corretas.Resoluo:I CorretaCalor energia trmica em trnsito.Trabalho energia mecnica em trnsito.II IncorretaTantocalorcomotrabalhopodemserexpressosemcaloriasou joules.III Correta1 cal 4,18 JAssim:10 cal 42 JResposta: e5A 1a Lei da Termodinmica, aplicada a uma transformao ga-sosa, se refere :a)conservao de massa do gs;b)conservao da quantidade de movimento das partculas do gs;c)relatividade do movimento de partculas subatmicas, que consti-tuem uma massa de gs;d)conservao da energia total;e)expansoecontraodobinmioespao-temponomovimento das partculas do gs.Resoluo:APrimeiraLeidaTermodinmicarefere-seaoPrincpiodaConserva-o da Energia aplicada Termodinmica.Resposta: d89 Tpico 5 Termodinmica6 E.R.Umgsperfeitosofreumaexpanso,realizandoum trabalhoiguala200J.Sabe-seque,nofinaldessatransformao,a energia interna do sistema est com 60 J a mais que no incio. Qual a quantidade de calor recebida pelo gs?Resoluo:A 1a Lei da Termodinmica d a relao entre as grandezas referi-das no problema:U = Q gsDo texto, sabemos que:gs = +200 J (o sistema realizou trabalho)U = +60 J (a energia interna aumentou)Assim, temos:60 = Q 200 Q = 260 J7Umaporodegsperfeitoestconfinadaporummbolo mvel no interior de um cilindro. Ao receber 20 kcal de calor do meio externo,ombolosobeeogsrealizaumtrabalhoequivalentea 12kcal.Aplicandoa1aLeidaTermodinmica,determineavariao sofrida pela energia interna desse gs.Resoluo:1a Lei da Termodinmica:Q = + U20 = 12 + UU = 8 kcalResposta: 8 kcal8Umgsperfeitosofreumaexpansoisotrmicaaoreceberdo ambiente 250 J de energia em forma de calor. Qual o trabalho realiza-do pelo gs e qual sua variao de energia interna?Resoluo:Isotrmica temperatura constante:U = 01a Lei da Termodinmica:Q = + U250 = + 0 = 250 JRespostas: 250 J; zero9Analise as af irmativas a seguir:(01)Um gs somente pode ser aquecido se receber calor.(02)Pode-se aquecer um gs realizando-se trabalho sobre ele.(04)Para esfriar um gs, devemos necessariamente retirar calor dele.(08)Umgspoderecebercalordomeioexternoesuatemperatura permanecer constante.(16)Numatransformaoadiabticadeumgs,suatemperatura pode diminuir.Dcomorespostaasomadosnmerosassociadossafirmaes corretas.Resoluo:(01)IncorretaUm gs pode ser aquecido recebendo energia em forma de calor ou de trabalho.(02)Correta(04)IncorretaBasta o gs realizar trabalho, que sua energia interna diminuir.(08)CorretaSe um gs realizar trabalho equivalente energia trmica recebi-da, sua temperatura permanecer constante.(16)CorretaNa expanso adiabtica, o gs realiza trabalho (volume aumenta), no troca calor com o meio e sua temperatura diminui (a energia interna diminui).Resposta: 2610Numa expanso isobrica (presso constante), o trabalho reali-zado por um gs tanto maior quanto:a)maior a presso e maior a variao de volume;b)menor a presso e maior a variao de volume;c)maior a presso e maior o volume;d)menor a presso e menor o volume;e)maior a presso e menor o volume.Resoluo:Numa transformao isobrica, o trabalho trocado pelo sistema de-terminado por:p = p VAssim, o trabalho tanto maior quanto maiores forem p (presso) e V (variao de volume).Resposta: a11(Unitau-SP)Umgsestconfinadoemumcilindroprovidode um pisto. O gs ento aquecido, e o pisto mantido f ixo na posi-o inicial. Qual a alternativa errada?a)A presso do gs aumenta.b)O trabalho realizado pelo gs cada vez maior.c)A fora que o gs exerce no pisto cada vez maior.d)O gs mantido num volume constante.e)A energia interna do gs cada vez maior.Resoluo:A alternativa errada a b. Se o volume do gs se mantm constante, no h trocas de trabalho com o meio externo.Resposta: b12Determinadamassadegsperfeitosofreumatransformao, saindo de um estado inicial A e passando para o estado final B, sem que sua temperatura se altere. Essa transformao pode ser denominada:a)isobrica;d)isotrmica;b)isocrica;e)adiabtica.c)isovolumtrica;Resoluo:Transformaogasosaatemperaturaconstantedenominadaiso-trmica.Resposta: d90 PARTE I TERMOLOGIA13(FEI-SP)Numatransformaodeumgsperfeito,osestados f inal e inicial acusaram a mesma energia interna. Certamente:a)a transformao foi cclica.b)a transformao foi isomtrica.c)no houve troca de calor entre o gs e o ambiente.d)so iguais as temperaturas dos estados inicial e final.e)no houve troca de trabalho entre o gs e o ambiente.Resoluo:Anicacertezaquepodemosterdequeastemperaturasiniciale f inal so iguais, pois U = 32 n R T.Resposta: d14Analise as proposies dadas a seguir e d como resposta o so-matrio dos nmeros que correspondem s afirmativas corretas:(01)A energia interna de dada massa de gs funo exclusiva de sua temperatura.(02)Numa expanso isobrica, a quantidade de calor recebida me-nor que o trabalho realizado.(04)Numatransformaoisocrica,avariaodeenergiainternado gs igual quantidade de calor trocada com o meio exterior.(08)Numa transformao adiabtica, o gs no troca trabalho com o meio externo.(16)A energia interna de um sistema gasoso s no varia nas transfor-maes adiabticas.(32)Numa expanso isobrica, a temperatura do gs aumenta.Resoluo:(01)Correta.(02)Incorreta Numa expanso isobrica, o volume e a temperatu-ra aumentam, enquanto a presso permanece constante. Assim, o calor recebido deve ser maior de que o trabalho realizado.(04)CorretaNumatransformaoisocrica,ovolumepermane-ceconstanteenohtrocasdeenergiaemformadetrabalho. Q = U(08)Incorreta Na transformao adiabtica, no h troca de calor com o meio externo.(16)Incorreta Na transformao adiabtica, pode haver troca de energia em forma de trabalho.(32)Correta.Resposta: 3715Um gs perfeito sofre uma expanso isobrica, sob presso de 5,0 N/m2. Seu volume aumenta de 0,20 m3 para 0,60 m3. Qual foi a varia-o de energia interna do gs se, durante a expanso, ele recebeu 5,0 J de calor do ambiente?Resoluo:p = p VSendo:V = (6 3) = 3 103 m3Ento:p = 5 104 3 103 (J)p = 150 JResposta: 150 J16Um sistema gasoso ideal sofre uma transformao isobrica de presso igual a 5 104 N/m2. Seu volume evolui de 3 L para 6 L. Determi-ne o trabalho trocado com o meio externo.Dado: 1 L = 1 dm3 = 103 m3Resoluo:1a Lei da Termodinmica:Q = + UQ = p V + U5,0 = 5,0 (0,60 0,20) + U5,0 = 2,0 + UU = 3,0 JResposta: 3,0 J17Um gs ideal monoatmico expandiu-se, realizando um trabalho sobre a vizinhana igual, em mdulo, quantidade de calor absorvida poreleduranteaexpanso.Sabendo-sequeaenergiainternadeum gsidealproporcionalasuatemperaturaabsoluta,pode-seafirmar que, na transformao relatada acima, a temperatura absoluta do gs:a)necessariamente aumentou;b)necessariamente permaneceu constante;c)necessariamente diminuiu;d)aumentou ou permaneceu constante;e)diminuiu ou permaneceu constante.Resoluo:1a Lei da Termodinmica:Q = + USe: Q = Ento: U = 0Se no h variao de energia interna, a temperatura do gs mante-ve-se constante.Resposta: b18 E.R.Umsistemagasosoidealtroca(recebeoucede)como meio externo 150 cal em forma de calor. Determine, em joules, o tra-balho trocado com o meio, em cada um dos casos:a)expanso isotrmica;b)compresso isotrmica;c)aquecimento isomtrico.Dado: 1 cal = 4,18 JResoluo:Nastransformaesisotrmicas,nohvariaodetemperaturae, em consequncia, a energia interna do sistema mantm-se constan-te (U = 0).Da 1a Lei da Termodinmica, U = Q gs, vem:Q = gsEnto, se o sistema recebe calor, realiza um trabalho de igual valor. Se cedecalor,porquerecebeigualquantidadedeenergiaemforma de trabalho.a)Naexpanso,ovolumeaumentaeosistemarealizatrabalho (gs > 0), recebendo calor (Q > 0).Da, temos:gs = Q = 150 cal91 Tpico 5 TermodinmicaTransformando caloria em joule, vem:gs = J Qgs = 4,18 150gs = 627 Jb)Nacompresso,ovolumediminuieosistemarecebetrabalho (gs < 0), cedendo calor (Q < 0).Da, temos:gs = Q = 150 calTransformando caloria em joule, vem:gs = 627 Jc)Nas transformaes isomtricas, o volume permanece constante e no h trabalho trocado com o meio exter