Exercícios sobre a primeira lei da Termodinâmica

Exercícios de Física

Esta lista de exercícios trata da primeira lei da Termodinâmica, que estabelece uma relação entre a variação de energia interna, quantidade de calor e trabalho em um sistema físico fechado. Publicado por: Rafael Helerbrock
questão 1

(Fuvest) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A-B, B-C e C-A, conforme o diagrama p-V apresentado na figura abaixo.

A respeito dessas transformações, afirmou-se o seguinte:

I. O trabalho total realizado no ciclo ABCA é nulo.

II. A energia interna do gás no estado C é maior que no estado A.

III. Durante a transformação A-B, o gás recebe calor e realiza trabalho.

Está correto o que se afirma em:

a) I

b) II

c) III

d) I e II

e) II e III

questão 2

(UERN) A variação da energia interna de um gás perfeito em uma transformação isobárica foi igual a 1200 J. Se o gás ficou submetido a uma pressão de 50 N/m2 e a quantidade de energia que recebeu do ambiente foi igual a 2000 J, então, a variação de volume sofrida pelo gás durante o processo foi:

a) 10 m3

b) 12 m3

c) 14 m3

d) 16 m3

questão 3

De acordo com a 1ª lei da Termodinâmica, quando um sistema físico fechado apresenta uma variação de energia interna nula, é correto afirmar que:

a) sua massa é constante.

b) seu volume é constante.

c) sua temperatura é constante.

d) há trocas de calor entre o sistema e o meio físico externo.

questão 4

Quando submetido a uma transformação adiabática, um gás ideal realiza sobre o meio externo uma quantidade de trabalho termodinâmico igual a 200 J. Assinale a alternativa correta em relação ao fenômeno descrito:

a) A energia interna do gás aumenta e sua temperatura é mantida constante.

b) A temperatura do gás aumenta e sua energia interna diminui em 200 J.

c) A temperatura do gás diminui e sua energia interna diminui em 200 J.

d) A energia interna do gás diminui, uma vez que o gás perde 200 J em forma de calor para o meio externo.

  

respostas
Questão 1

letra e

Resolução:

Vamos analisar as alternativas:

  • I – FALSA – Uma vez que o ciclo termodinâmico mostrado na figura é percorrido no sentido anti-horário, o trabalho realizado é negativo e corresponde à área da figura.

  • II – VERDADEIRA – Energia interna, pressão e volume são grandezas termodinâmicas diretamente proporcionais.

  • III – VERDADEIRA – No processo A-B, deve haver aumento de energia interna, de modo que o gás se expanda e realize trabalho, para tanto, ele precisa receber calor do meio externo.

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Questão 2

letra d.

Resolução:

Para resolver o exercício, é necessário usar a primeira lei da Termodinâmica, lembrando que, no caso das transformações isobáricas, utiliza-se uma fórmula específica para o trabalho, que é igual ao produto entre a pressão e a variação de volume.

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Questão 3

letra C. Para que a variação da energia interna de um sistema físico seja constante, é necessário que a sua temperatura permaneça constante.

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Questão 4

Resolução: Durante as transformações adiabáticas, a quantidade de calor transferida entre o gás e o meio externo é nula, dessa maneira, a variação da energia interna do gás corresponde ao trabalho realizado. No entanto, a presença de um sinal negativo na fórmula da 1ª lei da termodinâmica indica que, se o gás realiza um trabalho (trabalho positivo), a variação da energia interna desse gás é negativa. A fórmula é a seguinte:

ΔU – variação de energia interna (cal ou J)
Q – calor (cal ou J)
τ – trabalho (cal ou J)

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