Física E Extensivo V. 4

GBRIO Física E Extensivo V. 4 Exercícios 01) B 03) 04 energia cinética média de translação de uma molécula depende diretamente da temperatura, logo o gráfico deverá se comportar linearmente (função do 1 o grau). mol g n mol 3 g n I. Falsa. velocidade média depende da massa molar. ssim: 3R 3R vh vo 3 II. Verdadeira. Hidrogênio n m mol Oxigênio n m H m H n n m O m O 64n 3. v p hidrogênio 1 3. m y p hidrogênio 1 3 3. n. R y p oxigênio 1 3. m y. v nr v 04) B 05) D 3 K I. Falsa. Depende diretamente da raiz quadrada da temperatura. II. Verdadeira. III. Verdadeira. 3 nr e v 3R mol IV. Falsa. É inversamente proporcional à raiz quadrada da massa. I. Correta. temperatura absoluta é diretamente proporcional à energia cinética média das partículas. II. Incorreta. Pressão não é energia. III. Correta. p oxigênio 1 3 64n 3R.. v 3 nr v 06) C 3 nr 0) C III. Verdadeira. 3 K Como a temperatura de H e a de O são iguais, a energia cinética por molécula de ambos os gases será igual. 3 nr, gases perfeitos com a mesma temperatura e com mesmo número de mols de moléculas possuem a mesma energia cinética. 07) 400 cal 08) E U U final U inicial 800 400 400 cal 3 nr (total) 3 K (por molécula) n ssim, percebemos que a energia cinética por molécula não depende do número de moléculas. ssim como a energia cinética continua a mesma, a temperatura se mantém constante. Física E 1

GBRIO 09) E 3 K, em que K R N N n o de avogadro 3. R.. N, em que R pv n 3. pv, em que n. N N. n N N: n o de moléculas 3 pv N 10) D 3 K E C E C E B CC 11) 10 01. Falsa. pressão se mantém constante. 0. Verdadeira. O volume aumentará, pois a temperatura aumentou. 04. Falsa. temperatura mudou 3 K. 1) C 08. Verdadeira. V 16. Falsa. p constante. 3 K 3R. Se aumentou V aumenta. mol 13) 3 K Como a energia cinética aumentou, podemos concluir que houve um aumento na temperatura, levando a um aumento na quantidade de choques por centímetro quadrado entre as moléculas, ou seja, um aumento da pressão. 14) 493 m/s N 0 o C 73 K mol 8 g 8. 10 3 kg V? R 8,31 J/mol. K V 3R mol 3. 8,31. 73 V 8. 10 3 V 493 m/s Física E

GBRIO 15) a) 0,6 b) 80 K c) 3,9. 10 3 J a) p. V n. R. 10. 10 3. 0,3 n. 8,31. 600 n 0,6 mol b) p V pv B B B 10. 10. 0,3 600 B 80 K c) U 3 nr. U 3 U 3,910 3 J 4. 10. 0,1 3 3. 0,6. 8,31 (80 600) B b) U 3 n. R. U 3.. 8,31 (481 361) 19),0 atm 0) B U 3. 10 3 J V L. 10 3 m 3 U 600 J U 3 p. V 600 3. p.. 10 3 p. 10 5 N/m atm 16) 1,5. 10 6 J n 6 mols p. 10 5 Pa V 5 m 3 R 8,3 J/mol. K U 3 p. V U 3.. 10 5. 5 U 1,5. 10 6 J 17) 17 o C U 3 nr U 3. 5. 8,31. 4. 930 14,65 400 K 17 o C 18) a) 361 K, 481 K; b) 3. 10 3 J. a) p V n. R. 3. 10 4. 0,. 8,31. 361 K p B V B n. R. B. 10 4. 0,4. 8,31. B B 481 K 1) D ~ p ~. N volume energia cinética da sala é menor que a do corredor devido à diferença de temperatura. sala < corredor E < E csala ccorredor No entanto, a pressão é a mesma nos dois ambientes. ssim: p sala p corredor s. N V c. N V Onde a temperatura é maior, no caso o corredor, o número de moléculas por unidade de volume é menor. Q > 0: sistema absorve calor Q < 0: sistema cede calor Física E 3

GBRIO ) a) 180 J b) 6180 J c) 180 J 4) a) Q 1000 cal 4180 J (absorvido) W +000 J (pelo gás) 4180 000 + U U 180 J b) Q 1000 cal 4180 J (absorvido) W 000 J (sobre o gás) 4180 000 + U U 6180 J c) Q 1000 cal 4180 J (liberado) W 000 J (sobre o gás) 4180 000 + U U 180 J Área 1 W 1 b. h. 3. 10 5 W 1 6. 10 5 joules 5) D Q 00 cal 836 J W +300 J (pelo gás) 3) D Quando se representa um processo termodinâmico em um diagrama p x V (pressão x volume), a área abaixo da curva compreendida entre o início e o final do processo é numericamente igual ao trabalho W realizado. 6) 74 836 300 + U U 536 J 01. Falsa. O sistema realiza trabalho. 0. Verdadeira. 04. Falsa. O sistema realiza trabalho. 08. Verdadeira. 16. Falsa. Há variação do volume; logo, há realização de trabalho. 3. Falsa. V 0; W 0 64. Verdadeira. 4 Física E

GBRIO Área W (b + B). h (30 + 70). 1 1 100 J Área W (b + B). h (10 + 30). 40 J Área 3 W 3 b. h 10. 1 10 J W total 150 J 7) 0 30) a) 50 mols b) 600 K c) 1,5. 10 6 J d) 0,4. 10 6 J a) p V n. R. 1. 10 5. n. 8. 100 n 50 mols b) p V pv B B B 5 5 1. 10. 3. 10. 4 100 B B 600 K c) U 3 nr. U 3. 50. 8 (600 100) W B 50 J Q C 160 J U? Área W BC b. h W BC 6. 15 W BC 90 J 31) B U 1,510 6 J (b + B). h d) Área W W 0,4. 10 6 J (1. 10 + 3. 10 5 5 ). ssim, W OL 50 + 90 140 J 160 140 + U U 0 J 8) B 9) E Dados: W 80 000 cal; Q 60 000 cal. Da primeira lei da termodinâmica: ΔU Q W ΔU 60 000 80 000 ΔU 0 000 cal. O sinal ( ) indica que a energia interna diminuiu. (b + B). h W Área (10 + 30. 1 W ) 0 J U Q W Física E 5

GBRIO 3) a) 600 J; b) 700 J; c) liberado. a) p V nr 10. 10 3. 0,3 n. 8,31. 600 n 0,6 mols b) pv pv 1 1 1 3 3 10. 10. 0,3 4. 10. 0,3 600 B B 80 K c) U 3 nr U 3. 0,6. 8,3 (80 600) U 3,9. 10 3 J a) W 100 J No processo 1 800 300 + U U 500 J No processo U 1 U 500 J Q 100 + 500 Q 600 J b) Q 00 + ( 500) Q 700 J d) W Área W (b + B). h 3 3 (4. 10 + 10. 10 ). 0, W 1400 J (sobre o gás) e) Q 3,9. 10 3 1,4. 10 3 Q 5,3. 10 3 J 34) a) 361 K, 481 K b) 3. 10 3 J c) 5. 10 3 J d) 8. 10 3 J c) Como Q é negativo, então ele é liberado. 33) a) 0,6 b) 80 K c) 3,9. 10 3 J d) 1,4. 10 3 J e) 5,3. 10 3 J a) p V n. R. 3. 10 4. 0,. 8,31. 361 K pv pv B B 481 K B B 3. 10 4. 0, 4. 10. 0,4 361 B b) U 3 nr. 6 Física E

GBRIO U 3 U 3000 J c) W Área W.. 8,31 (481 361) (b + B). h 4 4 (. 10 + 3. 10 ). 0, W 5000 J Logo, o ΔU deve ser negativo para que o calor trocado seja nulo, então concluímos que a temperatura do sistema e sua energia interna diminuem. 38) 0 J d) Q 3000 + 5000 8000 J 35) a) 93 K; b) 6,0. 10 J; c) 93 K. Q 100 J Pelo gráfico, temos: W Área b. h W 4. 0 W 80 J 100 80 + U U 0 J 39) D 36) B 37) a) p V n. R. 3. 8 1. 0,08. 93 K b) W Área b. h W. 10 3. 3. 10 5 W 6. 10 J Perceba que V. 10 3 m 3 L p 3 atm 3. 10 5 N/m c) isoterma que cruza o ponto passa por C também. C 93 V cte V 0 W 0 Q + U W U 550 J plicando a 1ª lei da termodinâmica Q W + ΔU, na expansão adiabática temos: Q 0 (Na adiabática não consideramos a troca de calor com o meio, por ser muita rápida) W > 0 ou sinal positivo (Pois o volume do gás interno aumentou) 40) ransformação adiabática (Q 0) I. Falsa. pressão aumenta e o volume diminui. II. Verdadeira. V W (sobre o gás). III. Verdadeira. IV. Falsa. Não há trocas de calor com o meio. I. Correta. Calor é energia térmica que transita entre sistemas que possuem diferença de temperatura. II. Incorreta. plicando a 1ª lei da termodinâmica Q W + ΔU, na transformação adiabática temos: Q 0 (Na adiabática não consideramos a troca de calor com o meio, por ser muita rápida). Logo, o W ΔU ou W ΔU para que o calor trocado seja nulo, então concluímos que a temperatura do sistema e sua energia interna diminuem. III. Incorreta. energia interna é dada por U 3/ n.r., logo depende do número de partículas que o constituem. IV. Incorreta. temperatura depende do grau de agitação das moléculas, e não do número de partículas que o constituem. Física E 7

GBRIO 41) E 45) 35 46) D 47) D 01. Verdadeira. 0. Verdadeira. 04. Falsa. ambém ocorre por convecção. 08. Falsa. O trabalho pode ser realizado sobre ou pelo gás. 16. Falsa. Q 0 W U 3. Verdadeira. V cte V 0 W 0 Se recebe calor, não poderá ser adiabática e, se realiza trabalho, não poderá ser isométrica. p 5 N/m W p. V W 5. (6 ) W 0 J Q 10 cal 41,8 J 41,8 0 + U U 1,8 J 4) a) W. 4. 10 5 J. b) Como os pontos e C situam-se sobre a mesma isoterma, então a energia interna do gás nesses dois estados é a mesma. Desse modo, pela primeira Lei da ermodinâmica, Q W + ΔU W 8,0. 10 5 J. 43) C plicando a 1ª lei da termodinâmica Q W + ΔU, na expansão citada, temos: Jogo de sinais... Q RECEBIDO + 100J W RELIZDO +70J Então: Q W + ΔU 100 70 + ΔU ΔU +30J (umentou 30J) 44) 0 01. Falsa. Q 0 W U 0. Falsa. 04. Verdadeira. 08. Falsa. umentará. 16. Verdadeira. U Q, pois W 0 V 0 (isovolumétrica) 48) a) Q W + ΔU p. ΔV + 1000 10 5. (70 0). 10 4 + 1000 500 + 1000 1500 J b) W 0, pois não há variação de volume. c) Pela lei geral dos gases p. V/ constante. Como o volume é constante (processo isocórico), p/ constante 10 5 p p.10 5 N/m. 350 700 49) 6 01. Falsa. Q 0 (não ocorre troca de calor com o meio). 0. Verdadeira. 0 U 0 04. Falsa. Se o volume aumenta, a temperatura acompanha este comportamento. 08. Verdadeira. V 0 W 0 Q V 16. Verdadeira. Se o volume aumenta, a pressão diminui (isotérmica). 50) 53 Área 0,01 m p 5 N n 0,01 mol V 0 10 L 10. 10 3 m 3 01. Verdadeira. 0. Falsa. Continua recebendo calor da chama. 04. Verdadeira. W F. d W 5. 0,1 W,5 J 08. Falsa. p inicial peso 5 500 N/m 001, p 0 V 0 n. R. 0 500. 10. 10 3 0,01. 8,3. 0 0 301 K 16. Verdadeira. 3. Verdadeira. Na etapa em que atinge o limitador, o volume do gás não varia mais. ssim, nesta etapa o trabalho é nulo. 8 Física E

GBRIO 51) 10 54) E 01. Falsa. Há variação de volume, portanto, existe trabalho realizado. 0. Verdadeira. (b + B). h W 1 + + b. H (40 + 10). 4 W + 8. 10 W 30 + 960 W 180 J Q 180 + 100 Q 1380 J 55) C p 10 N/m Q 1 kj 1000 J (cede) W p. V W 10. (10 40) W 3. 10 J 1000 300 + U U 700 J 04. Falsa. Para que seja isotérmica, é necessário que a temperatura não se altere. 08. Verdadeira. 16. Falsa. Ocorre troca de calor. 5) 57 53) a) 01. Verdadeira. 0. Falsa. (Q 0), sem troca de calor com o meio. 04. Falsa. pressão aumenta. 08. Verdadeira. 16. Verdadeira. 3. Verdadeira. I. Verdadeiro. Ocorreu a mesma variação de temperatura, logo, a mesma variação de energia interna. II. Falso. : B: Q + U Q U U 5 J III. Verdadeiro. b) W Área (b + B). h ( + 3). c) Q 5 + 5 Q 10 J 5 J Física E 9

GBRIO 56) B 59) B Em uma evolução cíclica, o trabalho é numericamente igual à área do ciclo. Se o ciclo é horário, o trabalho é positivo. Se anti-horário, o trabalho é negativo. U 0 W Área b. h W 4. 3. 10 5 W +1. 10 5 J 57) E (, 10 0, )( 60, 0, ). 10 W 5 1,6. 10 5 J Em um ciclo fechado o trabalho é numericamente igual à área da figura. Seu valor é negativo devido ao sentido anti-horário. 60) Em : onde 77 o C 350 K e R 8 J/mol. K p 0 V 0 n. R. p 0 V 0. 8. (350) p 0 V 0 5600 J p (Pa) 30 58) B 10 W 3. 0 1,0 4,0 30 J V (m 3) 61) W Área b. H W. p 0 V 0 W (5600) W 1100 J U 0 W b. h 1,5. 10 3. 1,1. 10 5 W 15 J 10 Física E

GBRIO 6) a) 4,8. 10 3 J b) 4,8. 10 3 J d) pv pv 1 1 1 400 K pv pv 1 1 1 3 00 K 3 3 3 4. 10 5.. 10 5. 4 400 4. 10 5.. 10 5. 400 3 a) n mols 7 o C 300 K p V n. R. p. V. 8. 300 p. V 4800 J W Área p. V W 4800 J b) como U 0 Q 4800 J 63) a) zero b). 10 5 J c). 10 5 J d) 400 K 3 00 K 64) a) 5 J b) 181 J c) 168 J d) 75 J Q 10 J 1 3 W 84 J Logo, U 16 J 1 4 3 Logo, 151 W + 16 W 5 J a) W 5 J b) Q 55 16 Q 181 J c) Se U 13 16 J U 3 U 1 16 U 3 4 16 U 3 168 J d) W 14 5 J U 14 U 4 U 1 U 14 9 4 50 14 Q 5 + 50 Q 75 J a) U 0 b) W Área b. h W.. 105. 10 5 c) Q W + Q. 10 5 J Física E 11

GBRIO 65) a) 300 J b) 600 J c) 700 J d) 400 J b) Q W + Q 1500 J 150 vezes por minuto Q minuto 5000 J o final de 40 minutos Q otal 5000 x 40 9000000 67) a) W B p 3. (V V 1 ) + p. (V 3 V ); b) W B p 1. (V 3 V 1 ); c) U [p 3. (V V 1 ) + p. (V 3 V )]. U if 100 J W ib 00 J W iafbi 400 J W iafbi + W af + + W bi 400 W af 00 W af 600 J a) Q W ib + U Q 00 + 100 Q 300 J a) b) W af 600 J c) Q W af + U Q 600 + 100 Q 700 J d) Perceba pelo gráfico que o W fi será metade do trabalho do ciclo mais o trabalho da transformação bi. W fi 400 66) a) 1,5. 10 J b) 9,0. 10 5 J c) 375 W + 00 b) W 1 1 + W 1 p 3. (V V 1 ) + p (V 3 V ) W 1 W p 1 (V 3 V 1 ) c), em que Q 0 0 W + U a) W Área b. h 3 4 6. 10. 5. 10 +1,5. 10 J U W (item ) U [p 3 (V V 1 ) + p (V 3 V )] 1 Física E

GBRIO 68) 54 01. Falsa. Houve um aumento da energia interna, pois a temperatura em B é maior do que em (isoterma mais afastada do eixo). 0. Verdadeira. 04. Verdadeira. Isoterma. 08. Falsa. O sistema perdeu calor para o meio (compressão isotérmica). 16. Verdadeira. V 0 W 0; e o gás veio para uma isoterma mais próxima do eixo (menor temperatura). 3. Verdadeira. 69) C 64. Falsa. Como a temperatura em C é maior, a sua energia interna também é maior. Processo B: Q ab 50 J Processo isométrico W ab 0 ΔU Q W ΔU ab 50 0 50 J Processo BD: Q bd 600 J Processo isobárico W bd p. ΔV 8. 10 4. 3. 10 3 40 J ΔU Q W ΔU bd 600 40 360 J Processo BD: ΔU abd + ΔU ab ΔU bd 50 + 360 610 J Processo CD: variação da energia interna entre dois estados não depende da evolução. Portanto: ΔU acd ΔU abd 610 J 70) 40 01. Falsa. energia interna é uma medida indireta. 0. Falsa. É possível fornecermos calor a um corpo e ocorrer mudança de estado físico, sem alteração de temperatura. 04. Falsa. ransformações adiabáticas. 08. Verdadeira. Q W, pois V 0 16. Falsa. C Q ; corpo não estoca calor. 3. Verdadeira. 64. Falsa. penas da temperatura inicial e final. Física E 13