11 exemplos de questões sobre a aplicação da primeira lei da termodinâmica a vários processos termodinâmicos (isobárico, isotérmico, isocórico)
1. O gráfico abaixo mostra o ciclo termodinâmico experimentado por um gás. O trabalho realizado pelo gás no processo ABCD é…
Discussão
Conhecido :
Pressão 1 (P1) = 2 x 105 Pa
Pressão 2 (P2) = 4 x 105 Pa
Volume 1 (V1) = 1 m3
Volume 2 (V2) = 3 m3
Perguntado O trabalho realizado pelo gás no processo do ciclo ABCD.
Jawab :
Trabalho realizado pelo gás = área do retângulo ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105) (2)
W = 4 x 105 Joule
O trabalho realizado pelo gás no processo do ciclo ABCD é 4 x 105 Joule.
2. O trabalho realizado pelo gás no processo do ciclo ABC é…
Discussão
Conhecido :
Pressão 1 (P1) = 3 x 105 Pa
Pressão 2 (P2) = 6 x 105 Pa
Volume 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Volume 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Perguntado Trabalho realizado pelo gás no processo do ciclo ABC
Jawab :
Trabalho realizado pelo gás = área do triângulo ABCD.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
W = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
W = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
W = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joules)
W = 6 Joule
O trabalho realizado pelo gás no processo do ciclo ABC é de 6 Joules.
3. Um gráfico da pressão (P) em função do volume (V) de um gás em um espaço fechado. A parte do gráfico que mostra o gás realizando trabalho sobre o ambiente é…
Discussão
Os processos AB e DC são processos isobáricos. Os processos AD e BC são processos isocóricos.
O gás realiza trabalho sobre o meio externo se ele se expande, aumentando o volume do espaço ocupado por ele (processo DC). O meio externo realiza trabalho sobre o gás se ele se contrai, diminuindo o volume do espaço ocupado por ele (processo BC).
4. Todos os gases ideais sofrem um processo isocórico, portanto...
A. Todas as moléculas têm a mesma velocidade.
B. Em altas temperaturas, a velocidade média das moléculas é maior.
C. a pressão do gás permanece constante
D. o gás realizará trabalho
E. não possui energia interna
Discussão
Isocórico = volume constante.
A resposta correta é B.
5. Uma quantidade de gás ideal é comprimida por meio de um processo termodinâmico do estado 1 para o estado 2, conforme mostrado no gráfico PV a seguir. O trabalho realizado pelo gás é…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Discussão
1 litro = 0,001 m³
Sabe-se que :
Pressão 1 (P 1 ) = 10 kPa = 10.000 Pa = 10.000 N/m 2
Pressão 2 (P 2 ) = 20 kPa = 20.000 Pa = 20.000 N/m 2
Volume 1 (V 1 ) = 4 litros = 4 (0,001 m 3 ) = 0,004 m 3
Volume 2 (V 2 ) = 10 litros = 10 (0,001 m 3 ) = 0,010 m 3
Procura-se : Trabalho (T) realizado pelo gás
Resposta:
W = P (V 2 – V 1 ) + 1/2 (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = 10.000 ( 0,010-0,004) + 1/2 (20.000-10.000)(0,010-0,004)
W = 10.000 (0,006) + 1/2 (10.000)(0,006)
W = 10 (6) + 1/2 (10)(6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 Joule
A resposta correta é E.
6. Observe o diagrama PV ao lado!
O trabalho produzido no processo termodinâmico em um ciclo é…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Discussão
Sabe-se que :
Pressão 1 (P 1 ) = 1 x 10 5 Pa = 1 x 10 5 N/m 2
Pressão 2 (P 2 ) = 3 x 10 5 Pa = 3 x 10 5 N/m 2
Volume 1 (V 1 ) = 2 m 3
Volume 2 (V 2 ) = 4 m 3
Pergunta : Trabalho (W) gerado.
Responder :
O trabalho realizado é igual à área do quadrilátero abcd.
W = (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = (3 x 10 5 – 1 x 10 5 )(4 – 2)
W = (2 x 10 5 )(2)
W = 4 x 10⁵ Joules
W = 400.000 Joule
W = 400 quilojoules
A resposta correta é D.
7. Um gás ideal sofre um processo conforme mostrado no diagrama PV à direita. O trabalho realizado nesse processo é…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Discussão
Sabe-se que :
Pressão 1 (P 1 ) = 1 N/m 2
Pressão 2 (P 2 ) = 7 N/m 2
Volume 1 (V 1 ) = 1 m 3
Volume 2 (V 2 ) = 5 m 3
Pergunta: Trabalho (T) concluído.
Resposta:
Trabalho realizado = área do triângulo ABC.
W = ½ (P 2 – P 1 )(V 2 – V 1 )
W = ½ ( 7-1 )( 5-1 )
W = ½ ( 6 )( 4 )
W = ½ (24)
W = 12 Joule
A resposta correta é D.
8. 0,02 mol de um gás monoatômico a 350 K estão em um recipiente fechado. Quanto calor é necessário para aumentar a temperatura do gás para 400 K? A constante universal dos gases, R = 8,31 J mol⁻¹-1 K-1.
A. 10 Joule
B. 12,5 Joule
C. 14 Joule
D. 15,5 Joule
E. 17 Joules
Discussão:
Conhecido :
n = 0,02 mol
T1 = 350K
T2 = 400K
R = 8,31 J/mol K
Perguntado :
Calor (Q) ?
Jawab :
Em um processo isocórico (volume constante), Q = delta U
Descrição: Q = calor, ΔU = variação da energia interna, U = energia interna
9. Dois moles de gás monoatômico a uma temperatura de 20 oC e pressão 2 × 105 Pa passa por um processo isocórico até que a pressão se torne 4 × 105 Pa. Se a constante universal dos gases for igual a 8,31 J/mol K, então a variação da energia interna do gás é…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Discussão:
Conhecido :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Perguntado :
Variação da energia interna (delta U)?
Jawab :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Contador T2 Primeiro, utilize a fórmula da lei de Gay-Lussac (volume constante).
10. A parte do gráfico pressão (P) – volume (V) que mostra o gás recebendo trabalho externo é...
A. AB
B. CD
C. BC
D. DA
E. AC
Discussão :
Se trabalho for realizado sobre o gás, seu volume aumenta. Por outro lado, se trabalho for realizado sobre o gás por uma fonte externa, seu volume diminui. O processo mostrado no gráfico acima, que ilustra a diminuição do volume do gás, é o processo CD.
Portanto, a resposta correta é B.
11. Os gráficos abaixo mostram a relação entre a pressão (P) e o volume (V) de um gás submetido a um processo.
O processo que exige o maior esforço é mostrado no gráfico número…
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Discussão :
O trabalho realizado é igual à área. Quanto maior a área, maior o trabalho realizado. A maior área é mostrada no gráfico 3.
A resposta correta é C.
