P2 de Física III da UFF - 2017.2

Considere os seguintes gases comuns em nossa atmosfera: (i) Nitrogênio, diatômico com 28g/mol; (ii) Oxigênio, diatômico com 32 g/mol; e (iii) Argônio, monoatômico com 40 g/mol. Suponha que estes gases estejam em condições de volume, temperatura e pressão nas quais possam ser considerados gases ideais. Os gases estão à mesma temperatura. Responda as questões 1 e 2 abaixo. Considere uma mistura contendo massas iguais de cada um desses gases. Como se relacionam a energia cinética média de translação por molécula (ε) e a energia térmica (E) de cada gás?

A) ε N2 = ε O2 = ε Ar e EN2 = EO2 = EAr

B) ε N2 = ε O2 = ε Ar e EN2 > EO2 > EAr

C) ε N2 = ε O2 > ε Ar e EN2 > EO2 > EAr

D) ε N2 = ε O2 > ε Ar e EN2 = EO2 = EAr

E) ε N2 > ε O2 > ε Ar e EN2 > EO2 > EAr

Uma máquina de Carnot é operada como um aparelho de ar condicionado para esfriar uma casa no verão. O ar condicionado remove 14 kJ de calor por segundo da casa e mantém a temperatura interna a 293 K, enquanto a temperatura externa é de 369 K. A potência necessária para o ar condicionado funcionar sob essas condições de operação, em unidades SI, é mais próxima:

A) 3600

B) 4400

C) 5100

D) 5800

E) 6600

1,0 mol de um sólido elementar e 1,0 mol de um gás monoatômico interagem termicamente dentro de um recipiente isolado. Qual é a variação de temperatura do sólido se a temperatura do gás decresce de a volume constante?

a) aumenta de

b) diminui de

c) aumenta de

d) diminui de

e) aumenta de

Qual dos seguintes exemplos representa um processo reversível?

a) A colisão de um carro com um caminhão.

b) Uma dinamite explodindo.

c) As colisões das moléculas em uma gás.

d) Abrir a válvula de um tanque de ar pressurizado a temperatura ambiente até que a pressão do tanque se iguale à pressão ambiente.

e) Aquecer com uma chama água que está inicialmente à temperatura ambiente até ela começar a ferver.

A energia cinética molecular média de um gás pode ser determinada conhecendo-se somente:

a) O número de moléculas no gás.

b) O volume do gás.

c) A pressão no gás.

d) A temperatura do gás .

e) O volume, pressão e temperatura do gás.

Considere 1 mol de um gás ideal monoatômico a 0 ºC e um mol de um gás diatômico a 100 ºC. Eles são colocados em contato por uma membrana que permite somente a troca de calor. Quais das seguintes afirmações são verdadeiras no equilíbrio térmico?

I) A energia cinética de todas as partículas são iguais.

II) A energia cinética média de translação dos dois gases são iguais.

III) A energia térmica dos dois gases são iguais.

IV) A energia média por grau de liberdade dos dois gases são iguais.

A) I, II, III, IV

B) II e IV

C) I e III

D) II, III, IV

E) I, II, III

Quando dois gases separados por uma parede diatérmica móvel (que só permite troca de calor entre os dois gases) estão em equilíbrio térmico um com o outro:

a) Apenas as pressões deles devem ser as mesmas;

b) Eles devem ter a mesma pressão e a mesma temperatura;

c) Eles devem ter o mesmo número de partículas;

d) Eles devem ter a mesma pressão e o mesmo volume;

e) Apenas as suas temperaturas devem ser as mesmas.

Considere os seguintes gases comuns em nossa atmosfera: (i) Nitrogênio, diatômico com 28g/mol; (ii) Oxigênio, diatômico com 32 g/mol; e (iii) Argônio, monoatômico com 40 g/mol. Suponha que estes gases estejam em condições de volume, temperatura e pressão nas quais possam ser considerados gases ideais. Os gases estão à mesma temperatura. Considere as seguintes afirmativas:

(I) As moléculas destes gases possuem a mesma velocidade quadrática média.

(II) As moléculas de Argônio tem, em média, velocidade menor que as de Oxigênio, que são em média, por sua vez, mais lentas que as moléculas de Nitrogênio.

(III) O gás que possui as moléculas com a maior energia cinética translacional média é o Argônio, pois possui maior massa molar.

A(s) afirmativa(s) CORRETA(S) é(são):

a) I

b) I e II

c) II

d) III

e) I e III

A concentração de um gás ideal (número de moléculas por volume) no interior de um reservatório é mantida constante, enquanto sua temperatura varia. Se a temperatura do gás dobra, o livre caminho médio irá:

a) O livre caminho médio não irá variar nessas condições.

b) Dobrar de seu valor inicial.

c) Reduzir à metade do seu valor inicial.

d) Reduzir a um quarto do seu valor inicial.

e) Não podemos afirmar o que vai acontecer, pois depende do número de graus de liberdade que o gás possui.

Uma máquina térmica descreve o ciclo abca mostrado na Figura ao lado usando 9,0 moles de um gás ideal. O processo ca é adiabático. As temperaturas dos pontos a e b são 300 K e 500 K, respectivamente. O volume do ponto c é 0,20 m3. A constante adiabática do gás é γ =1,67.

O calor absorvido pelo gás no processo ab, em kJ, é mais próximo de:

a) zero

b) +25

c) +40

d) -25

e) -40

Uma máquina térmica utiliza 2,0 moles de um gás ideal. O ciclo desta máquina está representado na Figura ao lado. O caminho bc é um processo isotérmico. A temperatura em c é 820 K. O calor específico molar a volume constante do gás é CV = 37 J/mol·K. Qual é a eficiência térmica desta máquina? Dados: Pc= 85 kPa e Ta = 51 K.

A) 0,20

B) 0,38

C) 0,43

D) 0,26

E) 0,53

A Figura ao lado é um histograma que representa as velocidades das moléculas de um gás hipotético que contém poucas moléculas. Podemos afirmar corretamente que:

I – A velocidade mais provável vale 8 m/s.

II – 29 moléculas compõem o gás.

III – A velocidade rms vale aproximadamente 7 m/s.

a) I

b) II

c) III

d) I e III

e) II e III

Uma máquina térmica descreve o ciclo abca mostrado na Figura ao lado usando 9,0 moles de um gás ideal. O processo ca é adiabático. As temperaturas dos pontos a e b são 300 K e 500 K, respectivamente. O volume do ponto c é 0,20 m3. A constante adiabática do gás é γ =1,67.

O calor absorvido pelo gás no processo ca, em kJ, é mais próximo de:

a) +10

b) +16

c) zero

d) -10

e) -16

Uma máquina térmica descreve o ciclo abca mostrado na Figura ao lado usando 9,0 moles de um gás ideal. O processo ca é adiabático. As temperaturas dos pontos a e b são 300 K e 500 K, respectivamente. O volume do ponto c é 0,20 m3. A constante adiabática do gás é γ =1,67.

O trabalho realizado pela máquina no processo ab, em kJ, é mais próximo de:

a) zero

b) +15

c) +25

d) -15

e) -25

Um fabricante anuncia uma máquina recém-desenvolvida que, em cada ciclo, retira 100 J de um reservatório com água fervente a 100 °C, realiza 80 J de trabalho e rejeita 20 J de calor em outro reservatório mantido a 10 °C. Existe algo de errado neste anúncio?

a) De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, o calor rejeitado sempre deve ser maior que o trabalho útil.

b) A Primeira Lei da Termodinâmica é violada porque 100 J + 20 J ≠ 80 J.

c) Em um ciclo, a máquina térmica deveria retirar calor do reservatório a 10 ºC e rejeitar calor para o reservatório a 100 ºC.

d) A eficiência desse ciclo excede o limite superior estabelecido pela Segunda Lei da Termodinâmica.

e) Não há nada de errado neste anúncio, pois 100 J = 20 J + 80 J.