1° lei da termodinamica trabalho e energia

Exercícios

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1. (Epcar (Afa) 2017) Um sistema termodinâmico constituído de n mols de um gás perfeito
monoatômico desenvolve uma transformação cíclica ABCDA representada no diagrama a
seguir.



De acordo com o apresentado pode-se afirmar que
a) o trabalho em cada ciclo é de 800 J e é realizado pelo sistema.
b) o sistema termodinâmico não pode representar o ciclo de uma máquina frigorífica uma vez
que o mesmo está orientado no sentido anti-horário.
c) a energia interna do sistema é máxima no ponto D e mínima no ponto B.
d) em cada ciclo o sistema libera 800 J de calor para o meio ambiente.

2. (Fuvest 2015) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A B, BC
e C A, conforme o diagrama pV 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.

3. (Ufjf-pism 2 2015) Em um experimento controlado em laboratório, uma certa quantidade de
gás ideal realizou o ciclo ABCDA, representado na figura abaixo.

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Nessas condições, analise as afirmativas, a seguir, como verdadeiras (V) ou falsas (F).

01) ( ) No percurso AB, o trabalho realizado pelo gás é igual a 2
6 10 J.
02) ( ) No percurso BC, o trabalho realizado é nulo.
04) ( ) No percurso CD, ocorre diminuição da energia interna.
08) ( ) Ao completar cada ciclo, o trabalho líquido é nulo.
16) ( )
Utilizando-se esse ciclo em uma máquina, de modo que o gás realize quatro
ciclos por segundo, a potência dessa máquina será igual a 2
12 10 W.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas verdadeiras.
a) 08
b) 09
c) 11
d) 23
e) 24

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
Leia o texto a seguir e responda à(s) questão(ões).

A vida em grandes metrópoles apresenta atributos que consideramos sinônimos de progresso,
como facilidades de acesso aos bens de consumo, oportunidades de trabalho, lazer, serviços,
educação, saúde etc. Por outro lado, em algumas delas, devido à grandiosidade dessas
cidades e aos milhões de cidadãos que ali moram, existem muito mais problemas do que
benefícios. Seus habitantes sabem como são complicados o trânsito, a segurança pública, a
poluição, os problemas ambientais, a habitação etc. Sem dúvida, são desafios que exigem
muito esforço não só dos governantes, mas também de todas as pessoas que vivem nesses
lugares. Essas cidades convivem ao mesmo tempo com a ordem e o caos, com a pobreza e a
riqueza, com a beleza e a feiura. A tendência das coisas de se desordenarem
espontaneamente é uma característica fundamental da natureza. Para que ocorra a
organização, é necessária alguma ação que restabeleça a ordem. É o que acontece nas
grandes cidades: despoluir um rio, melhorar a condição de vida dos seus habitantes e diminuir
a violência, por exemplo, são tarefas que exigem muito trabalho e não acontecem
espontaneamente. Se não houver qualquer ação nesse sentido, a tendência é que prevaleça a
desorganização. Em nosso cotidiano, percebemos que é mais fácil deixarmos as coisas
desorganizadas do que em ordem. A ordem tem seu preço. Portanto, percebemos que há um
embate constante na manutenção da vida e do universo contra a desordem. A luta contra a
desorganização é travada a cada momento por nós. Por exemplo, desde o momento da nossa
concepção, a partir da fecundação do óvulo pelo espermatozoide, nosso organismo vai se
desenvolvendo e ficando mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase
adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Entretanto, com o passar
dos anos, envelhecemos e nosso corpo não consegue mais funcionar adequadamente, ocorre
uma falha fatal e morremos. O que se observa na natureza é que a manutenção da ordem é
fruto da ação das forças fundamentais, que, ao interagirem com a matéria, permitem que esta
se organize. Desde a formação do nosso planeta, há cerca de 5 bilhões de anos, a vida
somente conseguiu se desenvolver às custas de transformar a energia recebida pelo Sol em
uma forma útil, ou seja, capaz de manter a organização. Para tal, pagamos um preço alto:

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grande parte dessa energia é perdida, principalmente na forma de calor. Dessa forma, para
que existamos, pagamos o preço de aumentar a desorganização do nosso planeta. Quando o
Sol não puder mais fornecer essa energia, dentro de mais 5 bilhões de anos, não existirá mais
vida na Terra. Com certeza a espécie humana já terá sido extinta muito antes disso.

(Adaptado de: OLIVEIRA, A. O Caos e a Ordem. Ciência Hoje. Disponível em:
<http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/fisica-sem-misterio/o-caos-ea- ordem>. Acesso em: 10
abr. 2015.)


4. (Uel 2016) Considerando a afirmação presente no texto “a tendência das coisas de se
desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza”, e com base
nos conhecimentos sobre as leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.
a) Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, ocorre a
transferência espontânea de calor do corpo mais quente para o mais frio.
b) O calor, gerado por um motor a explosão, pode ser convertido de maneira espontânea e
integralmente em energia mecânica, elétrica, química ou nuclear.
c) O nitrogênio e o hélio misturados e contidos em um recipiente se separam de modo
espontâneo após o equilíbrio térmico do sistema.
d) Uma máquina térmica perfeita opera, na prática, em ciclos, converte o calor integralmente
em trabalho e é capaz de funcionar como um motoperpétuo.
e) As moléculas de tinta que tingem uma porção de água de maneira homogênea tendem a se
agrupar espontaneamente e com isso restaurar a gota de tinta original.

5. (Upe 2015) Um gás ideal é submetido a um processo termodinâmico ABCD, conforme
ilustra a figura a seguir.



Sabendo que o trabalho total associado a esse processo é igual a 1050J, qual o trabalho no
subprocesso BCD ?
a) 60 J
b) 340J
c) 650J
d) 840J
e) 990J

6. (Esc. Naval 2013) Considere que 0,40 gramas de água vaporize isobaricamente à pressão
atmosférica. Sabendo que, nesse processo, o volume ocupado pela água varia de 1,0 litro,
pode-se afirmar que a variação da energia interna do sistema, em kJ, vale

Dados: calor latente de vaporização da água = 6
2,3 10 J / kg;
Conversão: 5
1 atm 1,0 10 Pa.
a) 1,0
b) 0,92
c) 0,82

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d) 0,92
e) 1,0

7. (Ufrgs 2012) A figura a seguir apresenta um diagrama p x V que ilustra um ciclo
termodinâmico de um gás ideal. Este ciclo, com a realização de trabalho de 750 J, ocorre em
três processos sucessivos.

No processo AB, o sistema sofre um aumento de pressão mantendo o volume constante; no
processo BC, o sistema se expande mantendo a temperatura constante e diminuindo a
pressão; e, finalmente, no processo CA, o sistema retorna ao estado inicial sem variar a
pressão.



O trabalho realizado no processo BC e a relação entre as temperaturas TA e TB são,
respectivamente,
a) 1310 J e TA = TB/8.
b) 1310 J e TA = 8TB.
c) 560 J e TA = TB/8.
d) 190 J e TA = TB/8.
e) 190 J e TA = 8TB.

8. (Udesc 2011) Um gás em uma câmara fechada passa pelo ciclo termodinâmico
representado no diagrama p x V da Figura.



O trabalho, em joules, realizado durante um ciclo é:
a) + 30 J
b) - 90 J
c) + 90 J
d) - 60 J
e) - 30 J

9. (Ufms 2005) Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume
constante. É correto afirmar que
a) a transformação é isotérmica.

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b) a transformação é isobárica.
c) o gás não realiza trabalho.
d) sua pressão diminuirá ,se a temperatura do gás aumentar.
e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica.

10. (Pucrs 2016) Ondas sonoras se propagam longitudinalmente no interior dos gases a partir
de sucessivas e rápidas compressões e expansões do fluido. No ar, esses processos podem
ser considerados como transformações adiabáticas, principalmente devido à rapidez com que
ocorrem e também à baixa condutividade térmica deste meio. Por aproximação, considerando-
se que o ar se comporte como um gás ideal, a energia interna de uma determinada massa de
ar sofrendo compressão adiabática __________; portanto, o __________ trocado com as
vizinhanças da massa de ar seria responsável pela transferência de energia.
a) diminuiria – calor
b) diminuiria – trabalho
c) não variaria – trabalho
d) aumentaria – calor
e) aumentaria – trabalho

11. (Efomm 2016) O diagrama PV da figura mostra, para determinado gás ideal, alguns dos
processos termodinâmicos possíveis. Sabendo-se que nos processos AB e BD são
fornecidos ao gás 120 e 500 joules de calor, respectivamente, a variação da energia interna
do gás, em joules, no processo ACD será igual a


a) 105
b) 250
c) 515
d) 620
e) 725

12. (Udesc 2015) Analise as proposições com relação às leis da termodinâmica.

I. A variação da energia interna de um sistema termodinâmico é igual à soma da energia na
forma de calor fornecida ao sistema e do trabalho realizado sobre o sistema.
II. Um sistema termodinâmico isolado e fechado aumenta continuamente sua energia interna.
III. É impossível realizar um processo termodinâmico cujo único efeito seja a transferência de
energia térmica de um sistema de menor temperatura para um sistema de maior
temperatura.

Assinale a alternativa correta.
a) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.
b) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.
c) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
d) Somente a afirmativa II é verdadeira.
e) Todas afirmativas são verdadeiras.

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13. (Udesc 2015) Em um laboratório de física são realizados experimentos com um gás que,
para fins de análises termodinâmicas, pode ser considerado um gás ideal. Da análise de um
dos experimentos, em que o gás foi submetido a um processo termodinâmico, concluiu-se que
todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho.

Assinale a alternativa que representa corretamente o processo termodinâmico realizado no
experimento.
a) processo isovolumétrico
b) processo isotérmico
c) processo isobárico
d) processo adiabático
e) processo composto: isobárico e isovolumétrico

14. (Ufrgs 2015) Sob condições de pressão constante, certa quantidade de calor Q, fornecida
a um gás ideal monoatômico, eleva sua temperatura em T.

Quanto calor seria necessário, em termos de Q, para concluir a mesma elevação de
temperatura T, se o gás fosse mantido em volume constante?
a) 3Q.
b) 5Q / 3.
c) Q.
d) 3Q / 5.
e) 2Q / 5.

15. (Cefet MG 2015) Um extintor de incêndio de 2
CO é acionado e o gás é liberado para o
ambiente.



Analise as asserções que se seguem:

A figura ilustra uma expansão volumétrica muito rápida, característica de uma transformação
adiabática

PORQUE

em uma transformação adiabática, a transmissão de calor entre o gás e a vizinhança é muito
grande e o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da sua energia interna.

É correto afirmar que
a) as duas asserções são proposições verdadeiras, e a segunda é uma justificativa correta da
primeira.
b) as duas asserções são proposições verdadeiras, mas a segunda não é justificativa correta
da primeira.
c) a primeira asserção é uma proposição verdadeira, e a segunda, uma proposição falsa.
d) a primeira asserção é um a proposição falsa, e a segunda, uma proposição verdadeira.
e) a primeira e a segunda asserção são proposições falsas.

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Gabarito:

Resposta da questão 1:
[D]

Deve-se notar que o ciclo é anti-horário e que o volume está expresso em litro 33
(1L 10 m ),


tratando-se de um ciclo refrigerador.

O trabalho (W) recebido a cada ciclo é calculado pela área interna do ciclo:   
35
W 6 2 10 3 1 10 W 800 J.

         


Como numa transformação cíclica a variação da energia interna é nula, aplicando a primeira lei
da termodinâmica ao ciclo, vem:  Q U W Q 0 800 Q 800 J.         


O sinal negativo indica calor liberado para o meio ambiente.

Resposta da questão 2:
[E]

[I] Incorreta. Como o ciclo é anti-horário, o trabalho é negativo e seu módulo é numericamente
igual a área do ciclo.
[II] Correta. A energia interna (U) é diretamente proporcional ao produto pressão  volume.
Assim: C C A A C A
p V p V U U .  
[III] Correta. Na transformação A B, ocorre expansão, indicando que o gás realiza trabalho (W 0).
Como há também aumento da energia interna ( U 0).Δ
Pela 1ª Lei da Termodinâmica: Q U W Q 0Δ    
o gás recebe calor.

Resposta da questão 3:
[D]

[01] Verdadeira. 
22
AB B AB AB
W p V 6 10 2 1 W 6 10 J.Δ       

[02] Verdadeira. A transformação BC é isométrica, não havendo realização de trabalho.

[04] Verdadeira.   
2233
U p V 3 10 1 2 U 4,5 10 J. U 0 U diminui
22
Δ Δ Δ Δ          

[08] Falsa. 
22
ciclo ciclo ciclo
W A 3 10 2 1 W 3 10 J.      

[16] Verdadeira. 2
2ciclo
ot ot
4W 4 3 10
P P 12 10 W.
t1Δ
 
    

Portanto, a soma das proposições corretas será: 01 + 02 + 04 + 16 = 23, conforme consta na
alternativa [C].

Resposta da questão 4:
[A]

Análise das alternativas falsas:

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[B] Num processo de transformação de energia há perdas com o atrito, fazendo com que parte
da energia se transforme em calor que é perdido no processo.
[C] e [E] Acontece exatamente o contrário. A tendência de modelos termodinâmicos é de
aumentar a desordem, ou seja, a entropia do sistema, sendo assim não poderíamos ter as
moléculas separadas e ordenadas, mas sim inteiramente misturadas.
[D] Não existe a possibilidade de ter uma maquina térmica chamada de motoperpétuo, pois
contraria as leis da termodinâmica.

Resposta da questão 5:
[E]
 AB BCD total BCD BCD
BCD
W W W 30 4 2 W 1050 W 1050 60
W 990 J.
         



Resposta da questão 6:
[C]

Da 1ª Lei da Termodinâmica: U Q WΔ

Devemos achar o trabalho (W) da transformação Isobárica: 3
5 1m
W p V 1,0 10 Pa 1,0L W 100 J
1000L
Δ       


Para a mudança de estado físico, calculamos o calor latente (Q): 6
v
1kg J
Q m L 0,4g 2,6 10 Q 920J
1000g kg
       


E a variação de energia interna (UΔ ) será: U Q W 920 J 100 J U 820J 0,82kJΔΔ      


Resposta da questão 7:
[A]

Dados: Wciclo = 750 J; pA = pC = 80 N/m
2
; pB = 640 N/m
2
; VA = VB = 1 m
3
; VC = 8 m
3
.
O trabalho realizado (W) no ciclo é igual ao somatório dos trabalhos nas transformações
parciais. O trabalho na transformação AB é nulo, pois ela é isométrica.  

BC CA AB ciclo BC A A C
BC BC
BC
W W W W W p V V 0 750
W 80 1 8 750 W 750 560
W 1.310 J.
        
      



Como a transformação AB é isométrica, da lei geral dos gases: A B A A A
A B B B B
B
A
p p T p T 80 1

T T T p T 640 8
T
T.
8
      



Resposta da questão 8:
[E]

Em um ciclo fechado o trabalho é numericamente igual à área da figura. Seu valor é negativo
devido ao sentido anti-horário.

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3 20
W 30J
2

   


Resposta da questão 9:
[C]

Resposta da questão 10:
[E]

Para um gás ideal, a compressão adiabática significa que o sistema não troca calor com o
meio, sendo assim, o trabalho fornecido sobre as vizinhanças da massa gasosa é convertido
em aumento da energia interna do mesmo. Pela 1ª lei da termodinâmica: QUΔτ


Mas, Q0 (compressão adiabática) UΔτ


Resposta da questão 11:
[C]

A variação da energia interna ( U),Δ para os dois caminhos ABD e ACD devem ser iguais: ABD ACD
U U 1ΔΔ 


De acordo com a primeira Lei da Termodinâmica: 
 
ABD ABD ABD
ABD
3
33
ABD ABD ABD
63
Q U W U Q W
U Q W 2
Q 120 J 500 J 620 J
1m
W p V W 70 10 Pa 4000 2500 cm W 105 J
10 cm
ΔΔ
Δ
Δ
    

  
        


Logo, substituindo os valores na equação (2): ABD ABD
U 620 J 105 J U 515 JΔΔ    


E, finalmente, pela igualdade em (1): ABD ACD
U U 515 JΔΔ 


Resposta da questão 12:
[C]

[I] CORRETA. Do enunciado, o calor é fornecido ao sistema (Q 0) e o trabalho é realizado
sobre o sistema (W 0). Assim, pela primeira lei da termodinâmica, tem-se que: Q W U
U Q W
Δ
Δ



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Como, Q0
W0





Logo, U Q W
U Q W
Δ
Δ
  



[II] INCORRETA. Quando um sistema é fechado, não existe troca de calor com o meio externo
nem é realizado trabalho, seja sobre ou pelo sistema. Logo, Q0
W0
U0Δ








[III] CORRETA. De acordo com a segunda lei da termodinâmica.

Resposta da questão 13:
[B]

Para que todo o calor fornecido ao sistema seja convertido em trabalho, a variação de energia
interna deve ser nula, sendo um processo isotérmico, e de acordo com a 1ª lei da
termodinâmica, o calor recebido pelo sistema converte-se integralmente em trabalho. Q U se U 0 QΔ τ Δ τ     


Resposta da questão 14:
[D]

Da primeira lei da termodinâmica: P
VV
V
V
35
Isobárica : Q Q U W Q n R T n R T Q n R T
22
Q U W
3
Isométrica : Q U Q n R T
2
3
n R T
Q 33
2
Q Q.
5Q 5 5
n R T
2
Δ Δ Δ Δ
Δ
ΔΔ
Δ
Δ

       


  

  

   


Resposta da questão 15:
[C]

Analisando as assertivas, pode-se notar que a primeira é verdadeira e a segunda é falsa.

Na primeira é dito que trata-se de uma “expansão volumétrica muito rápida, característica de
uma transformação adiabática”. Pela primeira lei da termodinâmica, tem-se que: QUτΔ


Uma transformação adiabática trata-se de uma transformação sem que haja troca de calor com
a vizinhança, ou seja, Q 0. Logo, 0U
U
τΔ
Δτ




Como o trabalho na termodinâmica é p V,τΔ pode-se concluir que haverá uma variação de
volume muito rápida em uma expansão adiabática.

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A segunda assertiva está incorreta pois é dito que na transformação adiabática existe uma
transmissão de calor muito grande de calor entre o gás e a vizinhança, o que não é uma
característica deste tipo de transformação.

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Resumo das questões selecionadas nesta atividade

Data de elaboração: 06/02/2017 às 09:19
Nome do arquivo: simulado 2? ano


Legenda:
Q/Prova = número da questão na prova
Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro®


Q/prova Q/DB Grau/Dif. Matéria Fonte Tipo


1............ 162350......Média ............ Física............ Epcar (Afa)/2017..................Múltipla escolha

2............ 135888......Baixa ............ Física............ Fuvest/2015.........................Múltipla escolha

3............ 158122......Média ............ Física............ Ufjf-pism 2/2015 ..................Múltipla escolha

4............ 152303......Baixa ............ Física............ Uel/2016 .............................Múltipla escolha

5............ 137712......Baixa ............ Física............ Upe/2015 ............................Múltipla escolha

6............ 133574......Média ............ Física............ Esc. Naval/2013 ...................Múltipla escolha

7............ 112635......Baixa ............ Física............ Ufrgs/2012...........................Múltipla escolha

8............ 101098......Média ............ Física............ Udesc/2011 .........................Múltipla escolha

9............ 61853 .......Não definida... Física............ Ufms/2005...........................Múltipla escolha

10 .......... 152198......Média ............ Física............ Pucrs/2016..........................Múltipla escolha

11 .......... 158820......Média ............ Física............ Efomm/2016 ........................Múltipla escolha

12 .......... 138466......Média ............ Física............ Udesc/2015 .........................Múltipla escolha

13 .......... 143961......Baixa ............ Física............ Udesc/2015 .........................Múltipla escolha

14 .......... 138030......Baixa ............ Física............ Ufrgs/2015...........................Múltipla escolha

15 .......... 140771......Baixa ............ Física............ Cefet MG/2015 ....................Múltipla escolha