Exercícios de Primeira Lei da Termodinâmica - Lista de Exercícios Resolvida

Considere um sistema termodinâmico cuja energia interna é dada por . Ele RECEBEU uma quantidade de calor e um trabalho foi realizado SOBRE ELE POR um sistema externo, de modo que sua energia interna mudou para . Marque a alternativa que expressa corretamente a primeira lei da termodinâmica neste processo.

A energia interna de um sistema aumentou quando absorveu de calor. Foi realizado trabalho sobre ou pelo sistema? Qual o módulo do trabalho realizado?

Sobre o sistema, .

Pelo sistema, .

Sobre o sistema, .

Pelo sistema, .

Sobre o sistema, .

Um trabalho de é realizado sobre um sistema, e uma quantidade de calor de é removida do sistema. Qual é o valor (incluindo o sinal) de , de Q e de ?

Considere os três processos abaixo, isolados do resto do universo.

1. Um cubo de alumínio é colocado em um copo de água. Após algum tempo, o alumínio aumentou de tamanho e a água esfriou.
2. Cera sólida é colocada no fundo de uma panela quente. Após algum tempo, a cera derreteu e a panela esquentou.
3. Um motor converte em trabalho toda a energia térmica liberada pela fusão de gelo em água.

Quais destes processos violam, necessariamente, a Primeira Lei da Termodinâmica?

Considere um sistema termodinâmico cuja energia interna é dada por . Ele CEDEU uma quantidade de calor (de módulo ) e um trabalho (de módulo ) foi realizado POR ELE, de modo que sua energia interna mudou para . Marque a alternativa que expressa corretamente a primeira lei da termodinâmica neste processo.

Quando um gás ideal se expande a pressão constante, a energia cinética translacional média das moléculas do gás

 aumenta.

 diminui.

 não se altera.  pode tanto aumentar quanto diminuir, dependendo se o processo é adiabático ou não.  pode ou não se alterar, mas não há informação suficiente no problema.​

Uma certa quantidade de gás ideal, incialmente à pressão , temperatura e volume , realiza uma expansão à pressão constante seguida de um resfriamento à volume constante, até que sua temperatura retorne ao valor inicial , quando a pressão vale e o volume vale Ao final desse processo, é correto dizer que:

1. , e
2. , e
3. e
4. , e
5. e

Considere um sistema termodinâmico cuja energia interna é dada por . Ele RECEBEU uma quantidade de calor e um trabalho foi realizado SOBRE ELE POR um sistema externo, de modo que sua energia interna mudou para . Marque a alternativa que expressa corretamente a primeira lei da termodinâmica neste processo.

Uma amostra de gás ideal monoatômico esfria de para a volume constante quando de energia são removidos dele. Quantos mols de gás há nessa amostra?

Dado:

2g de He (Hélio) a 300K é colocado em contato térmico com 5 g de Ar (Argônio) a 600K. Quanto vale a Temperatura no equilíbrio Térmico? Assinale a alternativa com valor mais próximo da sua resposta obtida.

Dados:

Massa molar do Hélio:

Massa molar do Argônio:

Das afirmações que seguem, diga quais são verdadeiras:

1. Em um gás ideal o módulo da velocidade de uma molécula é inalterado após uma colisão dessa molécula com as paredes do recipiente que contem o gás.
2. Num gás ideal não há uma energia potencial de interação entre as suas moléculas.
3. A energia interna de um gás ideal é proporcional à sua temperatura e inversamente proporcional à sua pressão.

Escolha uma opção:

a. Apenas (i) e (iii).

b. Apenas (i) e (ii).

c. Todos elas.

d. Apenas (ii) e (iii).

e. Apenas (i).

f. Nenhum delas.

g. Apenas (ii).

h. Apenas (iii).

.

Um mol de um gás ideal é submetido a uma transformação cíclica reversível representada no diagrama . Neste ciclo, o calor trocado pelo gás no ciclo é dado por:

Escolha uma opção:

Uma certa quantidade de um gás ideal, com calor específico molar , realiza o ciclo ilustrado no diagrama da figura, onde a etapa corresponde a um processo irreversível. Seja o trabalho total realizado. Determine o trabalho, o calor e a variação da energia interna:

1. Para a etapa ;
2. Para a etapa ;
3. Para a etapa ;
4. Determine a eficiência de uma máquina de Carnot funcionando entre a menor e a maior temperaturas envolvidas neste ciclo.

Deixe suas respostas em termos de , de e de .

O processo A leva um gás do estado 1 para o estado 2, e o processo B o traz de volta do estado 2 para o estado 1, conforme representado na figura ao lado. Compare os trabalhos nos dois processos.

Uma massa de um metal é mantida no estado líquido, na temperatura de fusão, por um forno de potência . Se, quando o forno é desligado, o metal leva um tempo para se solidificar, o calor específico de fusão do metal é dado por:

Um sistema pode ser levado de um estado de equilíbrio termodinâmico a outro pelo caminho 1 ou pelo caminho 2, indicados na figura. Seja a variação da energia interna, 1 o trabalho realizado e o calor absorvido quando for usado o caminho 1. Analogamente, sejam , as respectivas grandezas para o caminho 2.

Podemos afirmar que:

Um sistema termodinâmico realiza o processo cíclico indicado na figura. O ciclo é constituído por duas curvas fechadas, a malha I e a malha II. Marque a alternativa que indica CORRETAMENTE o sinal do trabalho realizado PELO sistema na malha I, na malha II e no ciclo completo, RESPECTIVAMENTE.

1. Positivo, negativo e Positivo.
2. Negativo, positivo e negativo.
3. Positivo, negativo e negativo.
4. Negativo, positivo e positivo.
5. Positivo, negativo e zero.
6. Negativo, positivo e zero.

13 - Ao se realizar um processo termodinâmico sobre um gás ideal, sua energia térmica é elevada de um montante de . Pode-se afirmar que:

1. Sua temperatura não necessariamente é alterada, pois podemos variar a pressão e o volume neste processo de forma que sua temperatura fique constante.
2. O máximo que podemos fornecer de calor a esse sistema neste processo é 100 J.
3. Este processo realizado não poderia ser isobárico, isto é, à pressão constante.
4. Este processo realizado não poderia ser adiabático, isto é, sem trocas de calor com o meio externo.
5. Se o calor fornecido for inferior a 100 J, trabalho deverá ser realizado pelo gás ao longo deste processo.

Considere dois processos reversíveis distintos que levam um gás ideal de um estado inicial para um estado final que consistem de:

I - Uma expansão isotérmica.

II - Uma expansão adiabática seguida de uma expansão isobárica.

Quanto à variação de energia interna, trabalho realizado pelo gás e calor recebido pelo gás, pode-se dizer que:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Três amostras de gás apresentam a mesma temperatura, que é de aproximadamente , e exatamente a mesma massa, .

A amostra é de oxigênio, gás diatômico com massa molar igual a

A amostra é de nitrogênio, gás diatômico com massa molar igual a

A amostra é de neônio, gás monoatômico com massa molar igual a

Ordena as amostras e em ordem crescente de:

Energia cinética média de translação por molécula.

da moléculas.

Energia cinética te transição total das moléculas do gás.

Energia térmica total do gás.

A amostra é colocada em contato térmico com a amostra . Ocorre troca de calor entre as amostras? Se sim, em qual sentido?

Observação: Justifique cada resposta. Trate o termo “molécula” como “átomo”, quando aplicado ao neônio.

A pá giratória da figura abaixo adiciona energia térmica por atrito a um gás ideal monoatômico em um recipiente isolado e fechado. A pá giratória é acionada por uma corda sem massa ligada a um objeto em queda, como mostrado na figura. Nesta experiência, um objeto de cai através de uma distância total de e a temperatura do gás aumenta . 

Assumindo que toda a energia mecânica perdida pelo objeto em queda é ganha pelo gás, quantos mols de gás devem estar presentes neste recipiente?     

 

​

(Cap 19 – Prob 49) Começando com de gás (suposto ideal) em um cilindro a e a , um químico aquece o gás primeiro a volume constante, fornecendo de calor, depois continua aquecendo e permite que o gás se expanda sob pressão constante até o dobro do volume origina. a) Calcule a temperatura final do gás. b) Calcule a quantidade de trabalho realizada pelo gás. c) Calcule a quantidade de calor fornecido ao gás enquanto ele se expandia. d) Calcule a variação de energia interna do gás em todo o processo.

Qual das alterações abaixo não pode ocorrer em um gás ideal?

A) Aumentar a sua temperatura sem acrescentar calor a ele

B) Acrescentar calor a ele sem aumentar a sua temperatura

C) Realizar trabalho sobre ele sem aumentar sua temperatura

D) Aumentar sua energia térmica sem aumentar sua temperatura

E) Aumentar sua energia térmica sem acrescentar calor a ele

Durante uma expansão adiabática a temperatura de de um gás ideal monoatômico cai de para . Qual é a variação da energia interna do gás?

A energia interna de um sistema aumentou quando absorveu de calor. Foi realizado trabalho sobre ou pelo sistema? Qual o módulo do trabalho realizado?

1. Sobre o sistema, .
2. Pelo sistema, .
3. Sobre o sistema, .
4. Pelo sistema, .
5. Sobre o sistema, .

Suponha que você dobre a temperatura T de um gás a volume constante. Considere as seguintes grandezas: Energia cinética média de translação de uma molécula; velocidade rms de uma molécula; livre caminho médio. Por qual fator essas grandezas sofreriam alteração, respectivamente?

1. Não sofreria alteração; ; .
2. , não sofreria alteração; .
3. Não sofreria alteração; ; .
4. ; não sofreria alteração.
5. ; não sofreria alteração.

Para aumentar em ​ a temperatura de uma amostra de gás ideal, são necessários de calor quando o gás é mantido a volume constante, e quando o gás é mantido a pressão constante. Quantos mols de gás estão presentes? 

Dados:

 

​

(Capítulo 19.Exercícios – Ex. 22) Um cilindro contém de hélio a uma temperatura . a) Qual é o calor necessário para aumentar a temperatura para enquanto o volume permanece constante? Faça um diagrama para esse processo. b) Se, em vez de manter o volume constante, a pressão do hélio fosse mantida constante, qual seria o calor necessário para aumentar a temperatura de para ? Faça um diagrama para esse processo. c) Qual é o fator responsável pela diferença obtida nos itens (a) e (b)? Em qual dos dois casos o calor é maior? O que ocorre com o calor adicional? d) Caso o sistema fosse um gás ideal, qual seria a variação de energia interna do item (a)? E da parte (b)? Como você compara as duas respostas? Por quê?

Um cilindro com gás, o qual é isolado termicamente exceto na sua base, é colocado sobre

um bloco grande de gelo (fig.). O gás é mantido pressurizado por um pistão, o qual é livre para se mover na vertical, sem atrito. A temperatura inicial do gás é maior do que 0°C. Durante o processo, que ocorre até que o gás atinja um novo equilíbrio, (i) ΔT, (ii) W e (iii) Q do gás são maiores do que, menores do que ou iguais a zero?

Um mol de um gás ideal, contido em um recipiente munido de um pistão móvel, inicialmente a uma temperatura , sofre uma expansão isotérmica na qual o seu volume aumenta em 50%. Em seguida sofre uma contração isobárica na qual ele retorna a seu volume inicial. Finalmente, ele é aquecido num processo isocórico para voltar à temperatura inicial. Marque a alternativa que melhor representa o diagrama P-V associado.

a)

b)

c)

d)

e)

A figura ao lado representa o diagrama pressão-volume de um ciclo termodinâmico que envolve um mol de um gás ideal que tem , onde é a constante universal dos gases.

1. Calcule as temperaturas nos pontos e e em seguida o calor trocado pelo sistema no processo . Escreva suas respostas em termos de , e e em em termos de e .
2. Calcule a variação da entropia para os processos , , e de .
3. Sabendo que a eficiência da máquina térmica associada a tal ciclo é , calcule o trabalho por ciclo que ela realiza. Expresse sua resposta em termos de e .

Considere os três processos abaixo, isolados do resto do universo.

(I) Um cubo de alumínio é colocado em um copo de água. Após algum tempo, o alumínio aumentou de tamanho e a água esfriou.

(II) Cera sólida é colocada no fundo de uma panela quente. Após algum tempo, a cera derreteu e a panela esquentou.

(III) Um motor converte em trabalho toda a energia térmica liberada pela fusão de gelo em água.

Quais destes processos violam, necessariamente, a Primeira Lei da Termodinâmica?

As Leis da Física têm contribuído para o entendimento dos sistemas ambientais explana a respeito de um dos maiores problemas enfrentado atualmente no planeta, a poluição ambiental, compreendendo solo, água e ar. A Lei da Conservação da massa enuncia que em qualquer sistema físico ou químico, nunca se cria, nem elimina a matéria, apenas é possível transformá-la de uma forma em outra. A Primeira Lei da Termodinâmica possui um enunciado análogo à lei da conservação da massa, é correto afirmar que segundo a primeira Lei da termodinâmica:

1. A variação da energia interna é igual ao calor menos o trabalho realizado sempre pelo sistema.
2. A quantidade de calor em um sistema, sempre é igual a energia do sistema.
3. a energia não pode se transformar de uma forma para outra, porém pode ser destruída
4. a energia pode ser criada, porém não é possível destruí-la.
5. a energia pode se transformar de uma forma em outra, mas não pode ser criada, nem destruída.

Em um processo isocórico, uma dada quantidade de substância tem sua energia térmica aumentada de .  Considere as seguintes possibilidades:

 essa substância é um gás monoatômico 

 essa substância é um gás diatômico 

 essa substância é um sólido elementar

Podemos afirmar que, para essa variação de energia térmica,

​  

9 - Considere um sistema fechado, a volume constante, composto originalmente por água na fase líquida a uma temperatura de , mas que com o fornecimento de mais calor começa a mudar seu estado para a fase gasosa. É correto afirmar que:

1. A energia fornecida em forma de calor é convertida integralmente em trabalho.
2. A variação de sua energia interna vale zero, uma vez que a temperatura permanece constante no processo.
3. A temperatura aumenta durante a mudança de fase de forma proporcional ao calor fornecido e inversamente proporcional à massa de água no sistema.
4. A energia térmica do sistema aumenta.
5. O número de moles de água varia à medida em que ela é convertida de líquido para gás.

Um gás ideal está confinado num cilindro com pistão que pode se mover sem atrito. O gás pode sofrer as transformações ou do estado para o estado . É correto afirmar que (cuidado com o sinal):

1. sobre gás A sobre o gás B
2. sobre gás A sobre o gás B
3. sobre gás A sobre o gás B
4. sobre gás A sobre o gás B
5. sobre gás A sobre o gás B

Ao receber uma quantidade de calor Q = 80 J, um gás realiza um trabalho igual a 16 J, sabendo que a Energia Interna do sistema antes de receber calor era U = 120 J, qual será esta energia após o recebimento?

a) 40 Jb) 136 Jc) 64 Jd) 184 J

e) 94 J

Um cilindro fechado por um êmbolo móvel, contém uma certa quantidade de vapor. O sistema esquenta ao absorver de energia. O vapor varia seu volume em à pressão constante de . Considerando que o processo ocorre próximo ao equilíbrio, determine a variação de energia interna do vapor.

mols de um gás ideal monoatômicopassa por um processo adiabático. A pressão inicial ée a temperatura inicial é. A temperatura final é.

A variação da energia térmica do gás emé

(A)

(B)

(C) zero

(D)

(E)

1) Considere um pistão metálico contendo gás Hélio a 273K e 1atm. Qual das manipulações abaixo pode ser considerada como um processo adiabático?

A) O pistão é mergulhado em uma mistura de água com gelo e é lentamente comprimido até o gás reduzir seu volume pela metade.

B) O pistão é travado de modo a não poder se mover, e é colocado sobre uma chama até a pressão do gás dobrar.

C) O pistão é rapidamente comprimido até a pressão do gás dobrar

D) O pistão é comprimido pela ação de uma força externa constante, mantendo sua velocidade constante até o gás reduzir seu volume pela metade.

E) O pistão é aberto de modo a deixar o gás escapar para a atmosfera.