O documento apresenta 10 questões sobre termodinâmica de gases ideais e processos termodinâmicos. As questões abordam tópicos como expansão e compressão isotérmica e adiabática de gases, cálculo de trabalho, variação de energia interna e temperatura em diferentes processos. O gabarito fornece as respostas detalhadas para cada uma das questões.

1. DOMUS_Apostila 02 - FÍSICA II - Módulo 41 (Exercício 09)
Questão 04
Faz-se um sistema passar de um certo estado A para
Exercício 09 um outro estado B por meio de dois processos distintos,
I e II, conforme mostra o gráfico "pressão x volume".
Questão 01
Um gás ideal está submetido a uma pressão de
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1,0×10 N/m . Inicialmente, o seu volume é de
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1,0×10- m , e sua temperatura é de 27°C. Ele sofre uma
expansão isobárica até que o seu volume final seja o
triplo do volume inicial. Determine:
a) o trabalho mecânico, em Joules, realizado pelo gás
durante a expansão;
b) a temperatura do gás, em Kelvin, no estado final.
Em qual dos dois processos houve maior absorção de
Questão 02
calor? Justifique.
Observe o ciclo mostrado no gráfico P × V a seguir:
Questão 05
O auditório do transatlântico, com 50 m de
comprimento, 20 m de largura e 5 m de altura, possui
um sistema de refrigeração que retira, em cada ciclo,
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2,0 × 10 J de calor do ambiente. Esse ciclo está
representado no diagrama a seguir, no qual P indica a
pressão e V, o volume do gás empregado na
refrigeração.
Considerando este ciclo completo, o trabalho
realizado, em joules, vale:
a) 1.500
b) 900
c) 800
d) 600
Questão 03
Certa massa gasosa, contida num reservatório, sofre
uma transformação termodinâmica no trecho AB. O Calcule:
gráfico mostra o comportamento da pressão P, em
Dados: densidade do ar = 1,25 kg/m3
função do volume V.
a) a variação da energia interna do gás em cada ciclo;
b) o tempo necessário para diminuir em 3 °C a
temperatura do ambiente, se a cada 6 segundos o
sistema reduz em 1°C a temperatura de 25 kg de ar.
Questão 06
Dentro de máquinas térmicas, uma substância de
trabalho (um gás) realiza processos de modo a produzir
O módulo do trabalho realizado pelo gás, na trabalho útil. Alguns desses processos estão colocados
transformação do trecho AB, é de: na figura a seguir, onde 1 mol de um gás ideal realiza
a) 400J. dois processos (AB e BC).
b) 800J. Considere a constante dos gases R = 8,31 J/K.mol e a pressão
c) 40kJ.
atmosférica Patm = 1,01 × 105 N/m2. A temperatura em A é TA
d) 80kJ.
= 300K.
e) 600J.
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2. DOMUS_Apostila 02 - FÍSICA II - Módulo 41 (Exercício 09)
Questão 09
Uma quantidade de ar sofre uma compressão
adiabática, ou seja pV7/5 = constante, onde p é a pressão
e V o volume do gás. O volume diminui por um fator de
1/32 durante essa compressão. De quanto variou a
pressão?
a) Diminuiu 16 vezes.
b) Aumentou 32 vezes.
c) Aumentou 64 vezes.
d) Aumentou 128 vezes.
e) Diminuiu 32 vezes.
a) Calcule V0.
b) Calcule as temperaturas TB e TC. Questão 10
c) Calcule o trabalho total W = WAB + WBC.
Uma quantidade de gás passa da temperatura de
Questão 07 o o
27 C = 300K a 227 C = 500K, por um processo a pressão
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constante (isobárico) igual a 1 atm = 1,0 x 10 Pa.
Uma máquina térmica que pode ter uma eficiência a) Calcule o volume inicial, sabendo que a massa de gás
extremamente alta é a Máquina de Stirling. Este tipo de afetada foi de 60 kg e a densidade do gás é de 1,2 kg/m3.
máquina é fácil de construir, de modo que alguns b) Calcule o volume final e indique se o gás sofreu
modelos simples podem ser feitos até com latas vazias expansão ou contração.
de alimentos. Nessas máquinas, o gás (que pode ser c) Calcule o trabalho realizado pelo gás.
aproximado como um gás ideal) passa por um ciclo
(desenhado no gráfico pressão versus volume a seguir). GABARITO
Esse ciclo consiste de dois processos isotérmicos e dois
processos a volume constante (isocóricos). Questão 01
a) ô = 2,0×102J
b) T = 900K.
Questão 02
Letra A.
Questão 03
Letra C.
Questão 04
a) Dados os processos AB, BC, CD e DA, indique quais
são isotérmicos e quais são isocóricos. Como os estados iniciais e finais dos dois processos
b) Calcule as pressões em B e em C, como função da são respectivamente iguais, a variação de energia
pressão atmosférica Patm. interna será a mesma nos dois.
c) Calcule a razão entre as temperaturas TA / TC. Pela 1a Lei da Termodinâmica, temos Q=W+ Δ U. Como
a variação de U é igual em I e II, haverá mais calor
Questão 08
absorvido onde o trabalho realizado for maior. O trabalho
no diagrama p-V é representado pela área sob o gráfico
Ao realizar um trabalho de 80 mil calorias, um
do processo. Assim sendo, vê-se que o trabalho e,
sistema termodinâmico recebeu 60 mil calorias.
consequentemente, o calor trocado é maior em II.
Pode-se afirmar que, nesse processo, a energia
interna desse sistema
a) aumentou 20 mil calorias. Questão 05
b) diminuiu 20 mil calorias.
c) aumentou 60 mil calorias. a) Δ U = 0 (ciclo)
d) diminuiu 80 mil calorias. b) t = 4500 s
e) se conservou.
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3. DOMUS_Apostila 02 - FÍSICA II - Módulo 41 (Exercício 09)
Questão 06 Questão 10
a) Como PatmV0 = RTA ⇒ V0 = RTA / Patm = 8,31 x 300 Dados: T1 = 300 K; T2 = 500 K; P = 1 atm = 105 Pa;
/ (1,01x105) = 24,7 x 10-3m3 = 24,7 litros. m = 60 kg; d1 = 1,2 kg/m3.
b) Como PAV0 / TA = PBV0 / TB ⇒ TB = TAPB / PA = 2TA =
600K. a) V1 = V1 = 50 m3.
Da mesma forma, temos PAV0 / TA = PC3V0 / TC =
b) Usando a equação geral dos gases:
(Patm / 2) 3V0 / TC ⇒ TC = 3TA/2 = 450K.
c) Como o volume não varia em AB, ⇒ V2= V2=83,3 m3.
WAB = 0.
W = WBC = (2Patm + Patm / 2) x (3VO – VO)/2 = 5/2Patm x (O gás sofreu expansão)
VO = 5/2RTA = 5/2 x 8,31 x 300 = 6,23 x 103 J. c) Numa expansão isobárica, o trabalho é dado por:
W = P( Δ V) = 105(83,3 – 50) = 33,3 x 105 J ⇒
Questão 07 W = 3,3 x 106 J.
Os processos isocóricos neste diagrama
correspondem as trajetórias verticais, ou seja, DA e BC.
Os processos isotérmicos são os trechos AB e CD.
Como o processo AB é isotérmico é verdade que
p.V = constante → (p.V)A = (p.V)B → (3.patm.V0) =
(pB.2.V0) → 3.patm = 2.pB → pB = 1,5.patm. Como o
processo CD também é isotérmico pode-se também
afirmar que (p.V)C = (p.V)D → (pC.2.V0) = (patm.V0) →
2.pC = patm → pC = 0,5.patm.
Como TC = TD a razão pedida pode ser expressão
também por TA/TD. O processo DA é isocórico e desta
forma é verdadeiro afirmar que (p/T) = constante →
(p/T)D = (p/T)A → patm /TD = 3.patm /TA → 1/TD = 3/TA
→ TA/TD = 3.
Questão 08
Letra B.
Dados: W = 80.000 cal; Q = 60.000 cal.
Da primeira lei da termodinâmica:
Δ U = Q – W ⇒ Δ U = 60.000 – 80.000 ⇒ ΔU =
– 20.000 cal.
O sinal (–) indica que a energia interna diminuiu.
Questão 09
Letra D.
Dados: .
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