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Exercícios sobre a primeira lei para processos isotérmicos

Exercícios de Física

Nos processos isotérmicos, a temperatura do sistema se mantém constante durante todo o processo. Sendo assim, para gases ideais a energia interna também se mantém constante. Publicado por: Domiciano Correa Marques da Silva
questão 1

Suponha que dois mols de um certo gás sofram uma transformação conforme mostra o gráfico abaixo da pressão vs. temperatura. Sendo a constante universal dos gases R = 8,31 J/mol.K, o calor molar a volume constante Cv = 4 cal/mol.K e o equivalente mecânico 1 cal = 4,18 J, determine a variação da energia interna e marque a alternativa correta.

a) 8.866 J
b) 4.433 J
c) 6.975 J
d) 3.500 J
e) 6.688 J

questão 2

Uma determinada massa gasosa sofre uma transformação isotérmica, conforme o diagrama, e recebe do meio externo, em forma de calor, 2000 J. Dada a constante universal dos gases R = 8,31 J/mol.K, determine respectivamente o volume final, a variação da energia interna e o trabalho realizado pelo gás e marque a alternativa correta.

a) 0,04 m3, 200 J, 100 J
b) 0,04 m3, 10 J, 5 J
c) 0,04 m3, 0 J, 3200 J
d) 0,04 m3, 0 J, 2000 J
e) 0,04 m3, 200 J, 200 J

questão 3

(UFRN) Um sistema termodinâmico realiza um trabalho de 40 kcal quando recebe 30 kcal de calor. Nesse processo, a variação de energia interna desse sistema é de:

a) – 10 kcal
b) zero
c) 10 kcal
d) 20 kcal
e) 35 kcal

questão 4

(FMPA-MG) Sobre um gás confinado em condições ideais podemos afirmar corretamente que:

a) numa compressão isotérmica o gás cede calor para o ambiente.
b) aquecendo o gás a volume constante sua energia interna permanece constante.
c) numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta.
d) numa expansão isobárica, a temperatura do gás diminui.
e) quando o gás sofre transformações num ciclo, o trabalho resultante que ele realiza é nulo.

respostas
Questão 1

n = 2 mols; Cv = 4 cal/mol.K; Ti = 200 K; Tf = 400 K; 1 cal = 4,18 J

ΔT = Tf – Ti     ΔT = 400 – 200   ΔT = 200 K

Q=n.Cv.∆T
Q=2 .4 .200
Q=6.688 J

A variação da energia interna é dada por:

Q=∆U+τ

Q=∆U

∆U=6.688 J

Alternativa E

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Questão 2

Retirando os dados:

PA = 4 . 105 N/m2;   VA = 0,01 m3;   PB = 105 N/m2;   Q = 2000 J

Numa transformação isotérmica, temos:

pA.VA=pB.VB
4 .105.0,01= 105  .VB
VB=0,04 m3

Na transformação isotérmica não há variação de temperatura, portanto:

TA=TB
∆T=0   ⟹  ∆U=0

Calculando o trabalho:

Q=∆U+τ
τ=Q
τ=2.000 J

Alternativa D

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Questão 3

De acordo com a primeira lei da termodinâmica:

Q=∆U+τ

∆U=Q-τ

∆U=30 kcal-40 kcal

∆U=-10 kcal

Alternativa A

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Questão 4

a) Correta – na transformação isotérmica, a temperatura do sistema é constante, portanto a variação da energia interna é nula. Isso significa que o calor e o trabalho trocados com o meio externo têm valores iguais, portanto o gás cede calor para o ambiente.

b) Errada – na transformação isovolumétrica, o volume permanece constante, portanto não há realização de trabalho pelo gás. Isso significa que a variação da energia interna sofrida pelo sistema gasoso tem valor igual ao do calor trocado com o meio externo.

c) Errada – nas transformações adiabáticas não há troca de calor entre o sistema e o ambiente. Portanto, toda energia recebida ou cedida pelo sistema ocorre por meio de trabalho. Isso significa que a variação da energia interna sofrida pelo gás é igual ao trabalho que o sistema troca com o meio ambiente. Sendo assim, em uma expansão adiabática a temperatura e a pressão diminuem e não aumentam.

d) Errada – na transformação isobárica, a pressão do sistema gasoso mantém-se constante. Nesse tipo de transformação, quando o volume expande (aumenta), a temperatura dos sistemas também aumenta e não diminui como proposto pela questão.

e) Errada – nas transformações cíclicas, o sistema sempre realiza e recebe trabalho, sendo o trabalho total a soma desses trabalhos parciais. O que é nulo em uma transformação cíclica é a energia interna.

Alternativa A

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