Tópico 5 - Editora Saraiva

108 (UFSCar-SP) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre
com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação
adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão,
durante a qual:
a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna
desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.
b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna
desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.
c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de
calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da
sua energia interna.
d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu
calor do meio e não sofreu variação de energia interna.
e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor
para o meio e não sofreu variação de energia interna.
Resolução:
Como o ar sofreu uma expansão adiabática — sem trocar calor com o
meio externo—, a realização de trabalho será feita à custa da energia
interna, que diminuirá.
Resposta: a
109 (Faap-SP) O diagrama representa o ciclo percorrido por 2 mols
de gás perfeito. Sabendo que no estado A a temperatura é 27 °C, qual
é o trabalho realizado pelo gás no ciclo?
p
2p
p
A
V 2V
Dado: constante universal dos gases perfeitos: R = 8 J/mol K.
Resolução:
No ciclo,
τ = [área interna ao ciclo] = (2V – V) (2p – p) τ = pV
ciclo ciclo
Aplicando a Equação de Clapeyron ao estado def inido pelo ponto A
do diagrama,
p V = n R T ⇒ pV = 2 · 8 (27 + 273) = 4 800 J
A A A
Assim,
τ = 4 800 J
ciclo
Resposta: τ ciclo = 4 800 J
110 (ITA-SP) Na expansão livre de um gás ideal, quando ele passa de
um volume V i para um volume V f , pode-se af irmar que essa expansão
pode ser descrita por:
a) uma expansão isotérmica.
b) uma expansão adiabática irreversível, na qual a temperatura no estado
de equilíbrio f inal é a mesma que a no estado inicial.
c) uma expansão isobárica.
d) um processo isovolumétrico.
e) nenhuma das af irmações acima está correta.
V
Tópico 5 – Termodinâmica
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Resolução:
Na expansão livre, o gás não realiza trabalho, não troca calor com o
meio externo (adiabática), e sua energia interna não é alterada. Esse
processo é irreversível.
Resposta: b
111 (Ufl a-MG) A f igura mostra, em corte, um
cilindro de paredes adiabáticas (não há troca
de calor), provido de um êmbolo superior
móvel. No interior do cilindro, encontram-se n
mols de um gás ideal. A pressão atmosférica Pa local é de 1 atm e a pressão dos pesos sobre o
êmbolo móvel é de 5 atm. A área da base do
cilindro e do êmbolo móvel é de 5 · 10 –3 m2 . Na
condição de equilíbrio mostrada, h = 16 cm e
a temperatura do gás é 300 K.
Considerando 1 atm = 1,0 · 105 N/m2 Pa Δh
h
e
R = 8 J/mol K, calcule:
a) o número de mols (n) contido no cilindro;
b) a força em newtons que o gás realiza sobre o êmbolo móvel.
Em seguida, a temperatura do gás é elevada para 420 K, mantendo-se a
pressão constante.
Calcule:
c) o deslocamento Δh (cm) do êmbolo móvel;
d) o trabalho realizado pelo gás, em joules.
Resolução:
a) Equação de Clapeyron:
p V = n R T
Como:
p = (1+5) atm = 6 atm = 6 · 105 N/m2 V = Ah = 5 · 10 –3 · 0,16 m3 = 8 · 10 –4 m3 Então:
6 · 105 · 8 · 10 –4 = n 8 · 300
n = 0,2 mol
b) p = F
⇒ F = p A
A
F = 6 · 105 · 5 · 10 –3 N
F = 3 · 103 N
c) Equação de Clapeyron:
p V = n R T
6 · 105 · 5 · 10 –3 h = 0,2 · 8 · 420 ⇒ h = 0,224 m = 22,4 cm
2 2
Então:
Δh = 22,4 – 16
Δh = 6,4 cm
d) Na transformação isobárica, temos:
τ p = p ΔV = 6 · 10 5 · 5 · 10 –3 · 0,064
τ =192 J
Respostas: a) n = 0,2 mol; b) F = 3 · 10 3 N; c) Δh = 6,4 cm; d) τ =192 J;