Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre primeiro princípio da termodinâmica ou princípio da conservação da energia física e vestibular 2

03/11/2016 Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre Primeiro Princípio da Termodinâmica ou Princípio da Conservação da Energia | Físic…
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RESOLUÇÃO COMENTADA
DOS EXERCÍCIOS DE
VESTIBULARES SOBRE
PRIMEIRO PRINCÍPIO DA
TERMODINÂMICA OU
PRINCÍPIO DA
CONSERVAÇÃO DA ENERGIA
Resolução comentada dos
exercícios de vestibulares sobre
Primeiro Princípio da Termodinâmica
ou Princípio da Conservação da
Energia
01 Se a temperatura é a mesma para
gases diferentes, a energia cinética das
moléculas deve ser a mesma,
independente da massa de cada gás.
Como E =mV /2 e a energia cinética é a
mesma o gás de maior massa deve ter
menor velocidade para que essas
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Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre Primeiro Princípio da Termodinâmica ou
Princípio da Conservação da Energia
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c
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ELETROSTÁTICA
ELETRODINÂMICA
ELETROMAGNETISMO

menor velocidade para que essas
energias se igualem —  R C
02
A pressão exercida por um
gás é o resultado das
colisões das moléculas do
gás entre si e contra as
paredes do recipiente
—  R C
03 01. Falsa — O postulado básico da
teoria cinética dos gases é que as
direções e as intensidades das
velocidades das moléculas estão
distribuídas ao acaso, ou seja, são
diferentes para cada molécula do gás.
02. Verdadeira — veja teoria.
03 Verdadeira — veja teoria
04. Verdadeira — veja teoria.
R 01F,=; 02V; 3V; 4V
04 (01) Verdadeira — como estão em
equilíbrio térmico com o ambiente,
possuem a mesma temperatura,
consequentemente suas moléculas terão
a mesma energia cinética média —
m .(V ) /2= m .(V ) /2 — observe
na expressão anterior que, para que a
igualdade se mantenha, quanto maior a
massa das moléculas, menor será sua
velocidade.
(02) Falsa — o som transporta energia,
não transporta matéria.
(04) Verdadeira — quanto maior a
temperatura, maior a velocidade de
agitação das moléculas de amônia.
(08) Falsa — a perturbação de pressão
corresponde a uma onda, cuja velocidade
de propagação depende do meio.
(16) Verdadeira — veja teoria.
R (01 + 04 + 16) = 21
05 R B  — veja teoria
06 R E — veja teoria
07 Quanto maior a velocidade de
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07 Quanto maior a velocidade de
agitação das moléculas, elas escaparão
com maior facilidade —  R C
08 01. Falsa — calor é energia que é
transferida de um corpo para outro
devido à diferença de temperatura entre
eles e é transferida sempre do corpo de
maior temperatura para o de menor
temperatura. Portanto não é energia
armazenada.
02. Falsa — veja 01.
04. Falsa — veja 01.
08. Correta — veja 01.
16. Falsa — veja 01
32. Verdadeira — como a temperatura
do termômetro aumenta, sua energia
interna também aumentará.
R (08 + 32) = 40
09 R C e E  —  veja teoria.
10 W=P.(V – V ) — V =V — W=0
—  R C
11 W=P.(V – V ) —
V <V (compressão) — W<0 —  R C
12 R C — veja teoria
13 Isotérmica — Q=W — Q=W=150J —
adiabática — mesmo trabalho —
W=150J — ΔU=W —  ΔU=150J
14 a) W=P.ΔV=50.8 —  W=400J
b) ΔU=Q – W — ΔU=(2.000 – 1.500) –
400 — ΔU=500 – 400 —  ΔU=100J
c) aumenta, pois o gás teve aumento de
temperatura, devido ao aumento de
energia interna.
15 W=P.(V – V )=20.(10 – 5) — W=100J
— Q=250J — ΔU=Q – W=250 –
100=150J —  R B
16 È possível um gás receber calor e sua
temperatura não sofrer variação desde
que seja uma transformação isotérmica
onde todo calor recebido é transformado
em trabalho, pois, sendo ΔU=0 — Q=W
—  R E
17 Mesma variação de temperatura (ΔT)
2 1 1 2
2 1
2 1
´gás
o
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17 Mesma variação de temperatura (ΔT)
— mesma variação de energia interna
(ΔU) — ΔU = ΔU = ΔU —
isovolumétrica — ΔU =Q = ΔU —
isobárica — ΔU =Q – W — ΔU=Q – W
— Q =Q – W — Q – Q =W —
Q >Q —  R A
18 R C  — veja teoria
19 Variação de energia interna — ΔU=
U – U =20,8T – 20,8T
— ΔU=20,8 ΔT — ΔU=Q – W —
adiabática Q=0 (não houve trocas de
calor) — ΔU=0 – W — ΔU=W — 20,8
ΔT= 1.664 — ΔT= – 80K —  R C
20 a) W =área=b.h=2.4.10 —
W =8.10 J — W =0 (volume não
varia) — W =W + W =8.10 + 0
—  W =8.10 J
b) observe que os pontos A e C estão
sobre a mesma isoterma e, portanto,
possuem a mesma temperatura e
consequentemente a mesma energia
interna — ΔU=0 — ΔU=Q – W — 0=Q –
W —  Q=W=8.10 J
21 Está transformando calor em
trabalho —  R A
22 Observe que se trata de uma
transformação isobárica — ocorre à
pressão constante — a variação de
temperatura (ΔT) provoca uma variação
de energia interna (ΔU) do sistema e a
variação de volume (ΔV) produz trabalho.
Parte do calor (Q) recebido pelo sistema
é armazenada sob forma de energia
interna e parte é transformada em
trabalho, de modo que ΔU=Q – W —
observe que W>0 (expansão isobárica)
—  R D
23
24 Tratase de uma expansão adiabática
(muito rápida e sem troca de calor com o
meio ambiente), onde Q=0 e ΔU= Q – W
—
ΔU= 0 – W —  ΔU= – W — o volume do
1 2
1 1
2 2 2
1 2 2 1
2 1
final inicial final inicial
AB
5
AB
5
BC
total AB BC
5
total
5
5

ΔU= 0 – W —  ΔU= – W — o volume do
gás aumenta (trabalho positivo) fazendo
com que a energia interna (ΔU) fique
negativa e diminua, diminuindo assim, a
pressão e a temperatura e a pressão — o
gás resfria —  R A
25 No trecho AB, como se trata de uma
isobárica V/T=K — como o volume
aumenta a temperatura também deve
aumentar provocando um aumento da
energia interna — Falsa
O trecho BC corresponde a uma
isotérmica (mesma temperatura) —
Falsa
O trecho CA corresponde a outra
isotérmica (T constante) — Q=0 —
ΔU=Q – W — ΔU=0 – W — ΔU= – W —
como o volume varia, a existe trabalho e,
portanto ΔU também varia — Falsa
R E
26Trecho AB — isotérmica —
P V =P V — P .0,1=0,5.10 .0,5 —
P =2,5.10 N/m — Verdadeira
Trecho AB — isotérmica — ΔU=0 —
Q=W — todo calor Q recebido pelo
sistema é totalmente transformado em
trabalho — Falsa
Trecho BC — isobárica — W=b.h=(0,1 –
0,5).0,5.10 — W= – 2,0.10 J — Falsa
Trecho CA — isovolumétrica — W=0 —
Verdadeira
Falsa — observe que o W no trecho CD é
negativo e que o trabalho no ciclo é a
soma das áreas do trabalho de cada
trecho.
R V F F V F
27 Nos dois processos a temperatura
interna do ar dentro da bola permanece
constante — tratase de uma isoterma,
que é curva —  R B
28 Como o volume é constante, tratase
de uma isovolumétrica o —
P/T=constante — mas V também é
constante —  R D
29 Adiabática — Q=0 — ΔU=Q – W —
A A B B A
5
A
5 2
5 4

29 Adiabática — Q=0 — ΔU=Q – W —
ΔU=W — W + ΔU=0 — 249 +
(3/2)RΔT=0 — 249 + (3/2).8,3.(T – T )=0
—
249 + (3/2).8,3.(T – 333)=0 — 249 +
12,45.(T – 333)=0 — (T 333)=249/12,45
— T=333 – 20 —  T=313K=40 C
30 I. Falsa — a parede não permite
trocas de calor (é adiabática)
II. Verdadeira — o recipiente com maior
temperatura faz maior pressão na
parede.
III. Falsa
R B
31
32 R A
33 R D  — veja teoria
34 Sendo o trabalho realizado numa
transformação cíclica é fornecido pelo
cálculo da área do ciclo —  R E
35
36 Tratase de uma expansão adiabática
(muito rápida e sem troca de calor com o
meio ambiente), onde Q=0 e ΔU= Q – W
— ΔU= 0 – W —  ΔU= – W — o volume do
gás aumenta (trabalho positivo) fazendo
com que a energia interna (ΔU) fique
negativa e diminua, diminuindo assim, a
pressão e a temperatura e a pressão, e o
gás resfria —  R D
37 01. Falsa — o trabalho total é
fornecido pela soma das áreas das duas
transformações.
02. Correta — ΔU=100J — W=área do
trapézio + área do retângulo=(B + b).h/2 +
b.h =(120 + 40).4/2 + 8.120 — W= 320 +
960=1.280J —   ΔU=Q – W — 100=Q –
1.280 — Q=1.380J.
04. Falsa — são duas transformações e
o
o

04. Falsa — são duas transformações e
nenhuma delas isotérmica (gráfico é uma
curva).
08. Correta — veja 02.
16 Falsa — Falsa — houve trocas de
calor — veja 02.
R (02 + 08) = 10
38 W=P.ΔV=1,1.10 .(4.10 – 2.10 ) —
W=2,2.10 J — ΔU=Q – W=5,5.10 –
2,2.10 — ΔU=3,3.10 J —  R D
39 A energia interna do sistema
aumentará, fazendo com que o gás
realize trabalho se expandindo e
deslocando o êmbolo da seringa —
R B
40 Pela 1ª lei da Termodinâmica — Q =
W + DU — como A e B estão na mesma
isoterma tem a mesma temperatura e
então DU = 0 — logo Q = W, onde W é o
trabalho realizado entre A e B. Este
trabalho é igual a área do diagrama PV
neste intervalo — para o cálculo da área
é necessário determinar a pressão do
ponto B — como A e B estão na mesma
isoterma —   PV = constante —    p0.V0
= p.V0/3 p = 3.p0 — QAB = (p0 + 3p0).
(V0 – V0/3)/2 = 4p0.(2V0/3)/2 — QAB =
4p0V0/3
41 I. Correta — as temperaturas finais e
iniciais de ambos são as mesmas —
mesma ΔT — mesma ΔU.
II. Falsa — isocórica — ΔU= Q – W —
Q= ΔU + W — isocórico — W=0 — ΔU=
Q – W — Q= ΔU.
III. Correta — a isoterma que contém
T está mais afastada dos eixos que a
isoterma que contém T .
R C
42 a) Os processos isotérmicos (curvas)
são os trechos AB e CD — os isocóricos
correspondem às retas verticais.
b) AB — isotérmica — P V =P V —
3P .V =P .2V —  P =3P /2 —
DC — isotérmica — P V =P V —
5 3 2
2 2
2 2
x
o
A A B B
atm o B o B atm

DC — isotérmica — P V =P V —
P .V =P .2V —  P =P /2
c) AD — isocórica — P /T =P /T —
3P /T =P /T —  T /T =3
43
44 Nas transformações isobáricas a
pressão permanece constante, variando
assim, o volume e a temperatura. Se a
temperatura varia a energia interna varia,
o que invalida a opção A.
Nas transformações isométricas o
volume permanece constante, e desta
forma, pressão e temperatura variarão, o
que invalida a opção B.
Não há trabalho, de fato se o volume não
varia, nas transformações isométricas ou
isovolumétricas. O que invalida a opção
D.
Nas transformações isométricas apenas
o volume permanece constante, a
pressão e a temperatura variam, o que
invalida a opção E.
Apenas na opção C temos correção, pois
de fato nas transformações adiabáticas
não há troca de calor entre o gás e o
recipiente, além é claro do meio externo.
R C
45 a) trecho AB —   isobárica —   W=P.
(V – V )10 .(70.10 – 20.10 ) —
W=500J — ΔU=Q – W — 1.000=Q – 500
—  Q=1.500J
b) trecho BC — isovolumétrica — W=0
— o volume não varia
c) P /T =P /T — 10 /350=P /700
—  P =2.10 N/m (Pa)
46 Q = U + W + W —   Q = U +
P (V – V ) + W   —  R D
47 a) Equação geral dos gases perfeitos
— P V /T =P V /T — isobárica —
V /T =V /T — 2.10 /300=3,5.10 /T
—  T =525K
b) Primeira lei da termodinâmica, a
D D C C
atm o C o C atm
A A D D
atm A atm D A D
o
5 4 4
B B C C
5
C
C
5 2
AB BC
A B A
1 1 1 2 2 2
1 1 2 2
3 3
2
2

b) Primeira lei da termodinâmica, a
variação da energia interna (DU) é igual à
diferença entre o calor recebido (Q) e o
trabalho realizado (W) — DU = Q – W —
isobárica, o trabalho realizado é — W =
p DV — DU = Q – p DV = 375 – 10 (3,5 ´
10 – 2 ´ 10 ) = 375 – 10 (1,5 ´ 10 ) —
DU = 375 – 150 —   DU = 225 J
48 Observe as figuras abaixo:
Nas figuras ao lado — A: área da
secção transversal do êmbolo — F :
módulo da força elástica — F = k x —
F : módulo da força de pressão exercida
pelo gás — F = P A — Dados: P ; V ;
V = 2 V e n = 1 mol — o sistema está
termicamente isolado, ou seja, a
transformação é adiabática (Q = 0) — 1ª
lei da termodinâmica — DU = Q – W —
DU = 0 – W   — W = – DU — W =(3/2)nRT
= (3/2).(1)R.(T – T ) — W=3/2.R.(T – T)
— esse trabalho é armazenado na mola
na forma de energia potencial elástica
— KX /2=(3/2).R.(T – T) — kx =3R.(T –
T) (I) — volume inicial do êmbolo —
V =A.x — x=V /A (II) — na figura (b), na
posição de equilíbrio — F = F Þ k x =
P A (III) — as equações (II) e (III)
sugerem que — k x = (k x) (x) = (P A).
(V /A) — k x = P V (IV) — novamente
na figura (b) — PV=nRT — P (2V ) =
(1) R T — P V =RT/2 (V) —   (IV) e (V)
—
k x =RT
/2 —
substitui
ndo
essa
express
ão na
equação
(I), temos — RT/2=3R(T – T) — T =
6(T – T) — 7T = 6 T   — T=(6/7)t .
49 (01) Correta —   da equação geral
dos gases perfeitos —
P V /T =P V /T — como T = T   —
p V = p V .
(02) Correta —   ao ser comprimido
bruscamente, o ar sofre aquecimento,
perdendo calor para o meio externo
(água e gelo), provocando fusão de certa
5
3 3 5 3
E
E
G
G 0 0
0

o o
2
o
2
o
o o
E G

2

o
2
0
0
0

2
o
0 0 O
1 1 1 2 2 2 1 2
1 1 2 2

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(água e gelo), provocando fusão de certa
massa de gelo.
(04) Correta —   como já afirmado na
proposição anterior, a compressão é
brusca, o gás aquece rapidamente, sendo
toda a energia transferida na compressão
transformada em energia interna do ar,
pois, nesse intervalo de tempo tão
pequeno a quantidade de calor que
atravessa as paredes do cilindro é
praticamente nula, o que caracteriza uma
transformação é adiabática — a seguir,
o gás começa a perder calor para o
sistema águagelo, sob pressão
constante, que é a pressão exercida pela
força de compressão que o tijolo provoca
no êmbolo, que tem a mesma intensidade
de seu peso, constante — então, a
pressão é constante, caracterizando uma
transformação isobárica.
(08) Errada — já justificado nas
proposições anteriores.
(16) Errada — Já justificado nas
proposições anteriores.
R (01+ 02 + 04) = 07
50 01) Falsa —   numa transformação
isotérmica, a variação da energia interna
(DU) é nula —   logo, o calor (Q) recebido
é transformado integralmente em
trabalho (W), como indica a primeira lei
da termodinâmica — Q = DU + W — Q =
0 + W —  Q = W.
02) Correta — dados: P = 8 ´ 10 Pa e
DV = 2 ´ 10 m — W =
P DV = (8 ´ 10 ) (2 ´ 10 ) = 16 ´
10 = 1,6 ´ 10 J —  W =1,6 kJ.
04) Correta —   aplicando a lei geral dos
gases ideais para os estados A e B —
P V /T =P V /T — 5/900=7/T —
T =1.260K — lei geral dos gases ideais
para os estados B e C —
P V /T =P V /T —   8 ´ 10 ´ 7 ´ 10 =
p (9 ´ 10 ) —
P =56.10 /9   —   p @ 6,22.10 Pa.
08) Falsa — a temperatura final é igual à
inicial, mas ao longo do ciclo há
aquecimentos e resfriamentos.
AB
5
AB
3 3
AB
AB AB
5 3
2 3
AB
B B 1 C C 1 2
2
B B 1 C C 1
5 3
C
3
c
5
C
5

aquecimentos e resfriamentos.
16) Falsa — a transformação CD é uma
expansão adiabática, pois V > V .
32) Correta — a transformação EA é
isocórica (W = 0) —   da primeira lei da
termodinâmica — Q = DU + W —   Q =
DU + 0   —   Q = DU.
R (02 + 04 +32)=38
51 a) Observe os processos indicados no
gráfico — de para b é um processo
isocórico — ∆V = 0 — ∆P= (1,0.10 –
3,0.10 )=
2.10 Pa — de b para c o processo é
isobárico — ∆V=(6.10 – 2.10 )= 4.10
m — entre a e c — P .V /T =
P .V /T —
3.10 .2.10 /T = 1.10 .6.10 /T
—  T /T =1
b) Energia interna do gás — U=3/2nRT
— T =T (veja ítem anterior) — como n
e R são constantes você conclui que —
U =U e que ∆U =0 — ∆U =Q –
W — 0=Q – W — Q =W —
W =W + W — W =0 + W —
W =W =
1.10 .(6 – 2).10 —  Q =W =4,0.10 J
52
R C
53

54 Os biocombustiveis de primeira
geração são produzidos a partir da
fermentação alcoólica dos açúcares
vegetais da biomassa que contenha
amido ou sacarose, como por exemplo o
D C
EA
5
5
5
2 2
2 3
a a a
b b b
5 2
a
5 2
c
a c
a c
a c ac ac ac
ac ac ac ac ac
ac ab bc ac bc
ac bc
5 2
ac ac
3

amido ou sacarose, como por exemplo o
milho, o trigo, o sorgo, o amendoim, a
soja, a beterraba, a batata doce, o
girassol e a canadeaçúcar, não
utilizando a celulose —   porém, para
evitar que se atinja o limite da oferta ou
venha a ocorrer a competição pelo uso
da terra para a produção de
biocombustíveis e de alimentos, é
necessário investir no desenvolvimento
de tecnologias de segunda geração para
produção de etanol com o
aproveitamento eficiente da celulose —
estimativa é de que o aproveitamento do
bagaço e parte das palhas e pontas da
canadeaçúcar eleve a produção de
álcool em 30% a 40%, para uma mesma
área plantada — demais matérias
primas para as quais se buscam
tecnologias de processamento da
celulose, tais como capimelefante,
braquiárias, panicuns e árvores de
crescimento rápido podem representar
alternativas competitivas e eficientes
para locais onde não se cultiva ou
cultivará canadeaçúcar, podendo gerar
novos empregos —  R A.
55 Podese definir o Segundo Princípio
da Termodinâmica da seguinte maneira:
“É impossível obter uma máquina térmica
que, operando em ciclos, seja capaz de
transformar totalmente o calor por ela
recebido em trabalho” — sempre haverá
energia dissipada pelo motor —   R C.

56 Veja a teoria a seguir:
É um modelo teórico. É um gás que
obedece às equações p·V/T = k e p·V =
n·R·T — o modelo adotado para um gás
ideal compreende a Teoria Cinética
Molecular dos Gases, cujos aspectos
fundamentais são:
* A pressão do gás é exercida igualmente
em todos os pontos do recipiente;
* Os choques entre as moléculas são
elásticos;
* As moléculas de um gás são pontos
materiais, ou seja, possuem massa, mas
apresentam um volume praticamente

apresentam um volume praticamente
nulo;
* Em um gás ideal não há atração nem
repulsão entre as moléculas.
[A] Correta — veja teoria.
[B] Falsa — veja teoria.
[C] Falsa — se V é constante — P.V/T=k
(constante) — observe nessa expressão
que P é diretamente proporcional a T.
[D] Falsa — P.V=k — P e V são
inversamente proporcionais.
[E] Falsa — V/T=k — V e T são
diretamente proporcionais.
R A.

57 Ocorre à pressão constante. A
variação de temperatura (ΔT) provoca
uma variação de energia interna (ΔU) do
sistema e a variação de volume (ΔV)
produz trabalho. Parte do calor (Q)
recebido pelo sistema é armazenada sob
forma de energia interna e parte é
transformada em trabalho, de modo que
ΔU=Q – W.
Cálculo do trabalho realizado pelo
ambiente sobre o gás — W=P.∆V=4.10 .
(2.10 ) — W= – 8.10 J (negativo,
volume diminui) — Q= – 1,8.10 J
(negativo, perde calor) — ΔU=Q – W= –
1,8.10 – ( – 8.10 ) — ΔU= – 1,8.10 +
0,8.10 — ΔU= – 1,0.10 J negativo, a
temperatura diminui) — R D.

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1 2
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3 2 3
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Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre primeiro princípio da termodinâmica ou princípio da conservação da energia física e vestibular 2

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Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre primeiro princípio da termodinâmica ou princípio da conservação da energia física e vestibular 2