Questões de Concurso sobre Transformações Gasosas

Considere o seguinte experimento mental:

Um recipiente retangular de volume total V, hermeticamente fechado e de paredes externas adiabáticas, possui internamente três compartimentos também herméticos. Esse recipiente hipotético possui um mecanismo que permite que as paredes internas que separam os compartimentos hora funcionem como paredes adiabáticas, hora como diatérmicas. Cada compartimento é preenchido com uma porção de massa M de um gás ideal, aquecida a diferentes temperaturas, sendo 𝑻 temperatura a do gás no compartimento 1; 𝟐𝑻 do gás no compartimento 2 e 𝟎, 𝟕𝟓𝑻 do gás no compartimento 3. Inicialmente as paredes que separam os compartimentos 1 e 3 e os compartimentos 3 e 2 funcionam como paredes diatérmicas e a parede que separa o compartimento 1 e 2 funciona como uma parede adiabática. Após um tempo suficiente de espera os gases armazenados entram em equilíbrio termodinâmico. Dá-se início à segunda etapa do experimento, em que os tipos de parede se invertem: as paredes entre os compartimentos 1 e 3 e entre os compartimentos 2 e 3 passam, então, a funcionar como paredes adiabáticas, e a parede entre o compartimento 1 e 2, como diatérmica. Como esquematizado na ilustração abaixo:

Figura 1. Ilustração esquemática dos compartimentos nas duas etapas do experimento

Sobre os processos termodinâmicos ocorridos com os gases nos compartimentos, analise as afirmativas abaixo.

I. Na etapa 2 do experimento, não haverá troca de calor entre os gases do compartimento 1 e 2.

II. Na etapa 1 do experimento, os processos termodinâmicos ocorridos com os gases nos compartimentos de 1 a 3 são todos isobáricos.

III. Na etapa 1 do experimento há um aumento da energia interna do gás localizado no compartimento 3 e, portanto, um aumento do trabalho que esse gás realiza sobre as paredes.

Assinale a alternativa que versa sobre a veracidade das afirmativas acima. Se necessário considere a Lei dos Gases Ideais: 𝒑𝑽 = 𝒏𝑹𝑻.

Adotando-se a constante universal dos gases perfeitos igual a 8,30 J/mol . K e sabendo-se que a temperatura máxima que o gás atinge nesse diagrama é 800 K, conclui-se que a energia interna mínima do gás representado no diagrama, medida em kJ, está compreendida entre:

O trabalho realizado pelo gás na transformação é igual a 2,4 . 10⁴ J.

As possíveis mudanças no estado físico ocorrem com a alteração de temperatura e pressão. Dentre as mudanças no estado físico, a liquefação consiste na

Observar o comportamento do ar quando submetido a condições diferentes de temperatura propicia o desenvolvimento de ideias científicas, como a possibilidade de entender melhor o mundo ao seu redor. A esse respeito, observe as figuras A e B, que ilustram dois balões de borracha preenchidos com ar, inicialmente de mesmo volume (Fig. A), os quais são colocados em contato prolongado (Fig. B), um com água gelada e outro com água morna, obtida do chuveiro.

Fonte: Canto e Canto, 2019

A variação de volume presente na Fig. B deve-se

Boltzmann propôs um modelo em que as partículas de um gás somente poderiam ser encontradas em pequenas células, com valores discretos de energia. O estado microscópico desse gás ficaria completamente especificado se a energia de cada partícula fosse conhecida. Boltzmann chamava esses estados microscópicos de configurações do gás e propunha que todas as configurações possíveis fossem igualmente prováveis. Boltzmann provou que a entropia termodinâmica S de um sistema, a uma dada energia E, era relacionada ao número W de estados microscópicos possíveis por meio de S = k logW, em que k é a constante de Boltzmann. De forma geral, qual das opções abaixo apresenta o termo exponencial da chamada de distribuição de Boltzmann?

A figura abaixo mostra um ciclo fechado de um gás. A variação da energia interna do gás ao passar de A para C ao longo da trajetória ABC é igual a -150 J. Quando passa de C para D, o gás recebe 110 J na forma de calor. Mais 120 J são recebidos quando o gás passa de D para A Sabendo disso, determine o trabalho realizado sobre o gás quando passa de C para D, considerando que a figura não foi desenhada em escala, e assinale a opção correta.

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O tubo de Kundt é um aparato usado para medir a velocidade do som em gases. Ele consiste de um tubo fechado onde um lado possui um êmbolo regulável e o outro lado possui uma excitação acústica senoidal. Esse tubo contém também um pó fino. Quando o tubo é excitado e sintonizado em ressonância, o pó forma pilhas conforme a ilustração abaixo. Sobre esse tubo, é correto afirmar que L

Um mol de gás ideal sofre uma transformação isotérmica, na qual seu volume passa de 10 L (estado inicial: 1) para 25 L (estado final: 2).

O gráfico que melhor representa a variação de entalpia (H) em função da pressão (P) neste processo é:

Considere as afirmações abaixo sobre termodinâmica.

I - A entropia aumenta em uma transformação adiabática reversível.

II - É possível realizar um processo cujo único efeito é transferir calor de um corpo mais frio para um corpo mais quente.

III- O trabalho realizado para levar um sistema termicamente isolado de um estado inicial a um estado final é independente do caminho.

Quais estão corretas?

Uma amostra de gás ideal sofre uma expansão isotérmica reversível estando a uma temperatura T = 90 ºC. Sabe-se que a amostra de gás ideal possui volume inicial V_i = 2 L, volume final V_f = 4 L e sua variação de entropia, neste processo, foi de 25 J/K. Considerando ln(2) = 0,69 e sendo a constante universal dos gases R = 8,31 J/mol.K, pode-se AFIRMAR que o número de mols que constitui esta amostra de gás ideal é:

Joãozinho, aluno do Ensino Fundamental, fez uma experiência em sua casa sobre as mudanças de fase da matéria. Ele seguiu todas as orientações que havia recebido de sua professora de Ciências, acerca dos materiais a serem utilizados, cuidados necessários no desenvolvimento da atividade e registros dos resultados. Em uma panela ele introduziu 100g de gelo e colocou sob as chamas de um fogão para aquecer, medindo a temperatura em intervalos regulares; ao notar que a água começou a ferver, ele tampou a panela por alguns minutos, ao retirar a tampa observou a formação de gotículas de água em sua superfície, na sequência encerrou o experimento. Considerando os conceitos físicos envolvidos na atividade desenvolvida por Joãozinho, analise as afirmativas a seguir:

I- Durante a passagem da fase sólida para líquida e líquida para gasosa, o calor trocado chama-se calor latente.

II- A ordem crescente do grau de liberdade das moléculas de água, de acordo com a fase da matéria é sólida, líquida e gasosa.

III- A troca de calor entre as paredes da panela e o gelo em seu interior, acontece pelo processo de convecção.

IV. Quando o vapor de água entra em contato com a tampa da panela, sua temperatura pode diminuir.

V. As mudanças de fase que acontecem no experimento são fusão, vaporização e condensação.

Quais afirmativas são verdadeiras?

Seja uma massa gasosa que ocupa 90 litros de volume, sob uma temperatura de 27° C e pressão de 3 atm. Que volume ocupará o mesmo gás, se a pressão for 2 atm à temperatura de 7° C?

Considere que a pressão inicial é 8P₀, que a transformação AB é isobárica, BC é isocórica e AC é isotérmica. Sendo W_AC o trabalho realizado pelo gás durante a transformação isotérmica e W_ABC o trabalho realizado entre os estados ABC, quanto vale, aproximadamente, a razão $\frac{W_{ABC}}{W_{AC}}$ ?

(Dado: In 2 = 0,69.)

Considere as afirmações abaixo sobre gases ideais.

I - Um mol de qualquer gás ideal, nas condições normais de temperatura e pressão, ocupa sempre o mesmo volume no espaço.

II - Em um processo isobárico reversível, a variação de entalpia é igual ao calor transferido.

III- A energia interna de um gás ideal depende apenas de uma variável de estado termodinâmico.

Quais estão corretas?

Em um processo isotérmico a uma temperatura T = 280 K, a pressão P de uma amostra de gás ideal é reduzida de P_i = 450 Pa a P_f = 150 Pa, onde P_i e P_f são, respectivamente, as pressões inicial e final. Sendo n = 0,05 o número de mols do gás ideal em questão, é CORRETO afirmar que a variação de entropia neste processo é aproximadamente de:

(Dado: considere R = 8,31 J/mol.K como a constante universal dos gases. Use, se necessário, ln(2) = 0,69 e ln(3) = 1,09.)

O número de mols de moléculas do gás é igual a 20.

Considerando-se que um número de moléculas n de um gás ideal ocupe um volume de 10 m³, a certa temperatura e pressão, é correto afirmar que, caso a sua pressão inicial seja reduzida pela metade e a temperatura inicial dobre, o novo volume ocupado por esse gás, em L, será de 4.10⁴.

A variação da energia interna é igual a 3,6 . 10⁴ J.

Determinada massa de um gás ideal monoatômico está confinada em um recipiente munido de um êmbolo móvel e sofre a transformação ABC indicada no diagrama P × V.

Para produzir essa transformação, 1000 J de energia em forma de calor foram fornecidos a esse sistema, dos quais 360 J transformaram-se em energia interna do gás. Desprezando todas as perdas de energia, o trabalho realizado pelas forças exercidas pelo gás na transformação AB foi de