EXERCÍCIOS DE FÍSICA - Professor Fabio Teixeira GASES
1. (Unifesp 2006) A figura reproduz o esquema da montagem feita por Robert Boyle para estabelecer a lei dos gases para transformações isotérmicas.
Boyle colocou no tubo uma certa quantidade de mercúrio, até aprisionar um determinado volume de ar no ramo fechado, e igualou os níveis dos dois ramos. Em seguida, passou a acrescentar mais mercúrio no ramo aberto e a medir, no outro ramo, o volume do ar aprisionado (em unidades arbitrárias) e a correspondente pressão pelo desnível da coluna de mercúrio, em polegadas de mercúrio. Na tabela, estão alguns dos dados por ele obtidos, de acordo com a sua publicação "New Experiments Physico- Mechanicall, Touching the Spring of Air, and its Effects", de 1662.
(http://chemed.chem.purdue.edu/gench m/history/)
a) Todos os resultados obtidos por Boyle, com uma pequena aproximação, confirmaram a sua lei. Que resultados foram esses? Justifique.
b) De acordo com os dados da tabela, qual a pressão, em pascal, do ar aprisionado no tubo para o volume de 24 unidades arbitrárias?
Utilize para este cálculo:
pressão atmosférica p³ = 1,0 × 10¦ pascal;
densidade do mercúrio d(Hg) = 14 × 10¤ kg/m¤;
g = 10 m/s£.
2. (Ufsc 2007) Uma amostra de dois moles de um gás ideal sofre uma transformação ao passar de um estado i para um estado f, conforme o gráfico a seguir:
Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).
(01) A transformação representada no gráfico ocorre sem que nenhum trabalho seja realizado.
(02) Sendo de 100 Joules a variação da energia interna do gás do estado i até f, então o calor que fluiu na transformação foi de 1380 Joules.
(04) Certamente o processo ocorreu de forma isotérmica, pois a pressão e o volume variaram, mas o número de moles permaneceu constante.
(08) A primeira lei da Termodinâmica nos assegura que o processo ocorreu com fluxo de calor.
(16) Analisando o gráfico, conclui-se que o processo é adiabático.
3. (Ufg 2006) Uma caixa térmica rígida e hermeticamente fechada contém um mol de ar a 27°C e 1 atm. Se 100 g de mercúrio a 327°C forem injetados na caixa, calcule a pressão e a temperatura do ar após o equilíbrio térmico ter sido atingido. Despreze a capacidade térmica da caixa e a variação de volume do ar com a injeção do mercúrio. Dados: calor molar do ar a volume constante = 21 J/mol K; calor específico do mercúrio líquido = 0,14 J/g K.
4. (Fuvest 2006) Um extintor de incêndio cilíndrico, contendo CO‚, possui um medidor de pressão interna que, inicialmente, indica 200 atm. Com o tempo, parte do gás escapa, o extintor perde pressão e precisa ser recarregado. Quando a pressão interna for igual a 160 atm, a porcentagem da massa inicial de gás que terá escapado corresponderá a:
a) 10% b) 20% c) 40%
d) 60% e) 75%
Obs: Considere que a temperatura permanece
constante e o CO‚, nessas condições, comporta-se como um gás perfeito
1 atm = 10¦ N/m£
5. (Ufpe 2005) Uma panela de pressão com volume interno de 3,0 litros e contendo 1,0 litro de água é levada ao fogo. No equilíbrio térmico, a quantidade de vapor de água que preenche o espaço restante é de 0,2 mol. A válvula de segurança da panela vem ajustada para que a pressão interna não ultrapasse 4,1 atm. Considerando o vapor de água como um gás ideal e desprezando o pequeno volume de água que se transformou em vapor, calcule a temperatura, em 10£ K, atingida dentro da panela.
a) 4,0 b) 4,2 c) 4,5 d) 4,7 e) 5,0
6. (Fuvest 2004) Um cilindro de Oxigênio hospitalar (O‚), de 60 litros, contém, inicialmente, gás a uma pressão de 100 atm e temperatura de 300 K.
Quando é utilizado para a respiração de pacientes, o gás passa por um redutor de pressão, regulado para fornecer Oxigênio a 3 atm, nessa mesma temperatura, acoplado a um medidor de fluxo, que indica, para essas condições, o consumo de Oxigênio em litros/minuto.
Assim, determine:
a) O número N³ de mols de O‚, presentes inicialmente no cilindro.
b) O número n de mols de O‚, consumidos em 30 minutos de uso, com o medidor de fluxo indicando 5 litros/minuto.
c) O intervalo de tempo t, em horas, de utilização do O‚, mantido o fluxo de 5 litros/minuto, até que a pressão interna no cilindro fique reduzida a 40 atm.
NOTE E ADOTE:
Considere o O‚ como gás ideal.
Suponha a temperatura constante e igual a 300 K.
A constante dos gases ideais R ¸ 8 x 10-£
litros.atm/K.
7. (Puccamp 2002) Um recipiente rígido contém gás perfeito sob pressão de 3 atm. Sem deixar variar a temperatura, são retirados 4 mols do gás, fazendo com que a pressão se reduza a 1 atm. O número de mols existente inicialmente no recipiente era
a) 6 b) 8 c) 10 d) 12 e) 16
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO
(Uerj 2007) Aceleração da gravidade = 10 m/s£
Calor específico do ar = 1,0 × 10¤ J/kgK
Constante da gravitação universal = 6,7 × 10-¢¢
Nm£/kg£
Densidade do ar = 1,25 gk/m¤
Índice de refração da água = 1,33 ¸ 4/3 Índice de refração do ar = 1
Massa do Sol = 2,0 × 10¤¡ kg
Raio médio da órbita do Sol = 3,0 × 10£¡m 1 ano = 3,14 × 10¨ s
1 rad = 57°
sen 48,75°= 0,75
™ = 3,14
8. Um gás, inicialmente à temperatura de 16 °C, volume V³ e pressão P³, sofre uma descompressão e, em seguida, é aquecido até alcançar uma determinada temperatura final T, volume V e pressão P.
Considerando que V e P sofreram um aumento de cerca de 10% em relação a seus valores iniciais, determine, em graus Celsius, o valor de T.
9. (Ufrj 2007) Um recipiente de volume interno total igual a V³ está dividido em dois compartimentos estanques por meio de uma parede fina que pode se mover sem atrito na direção horizontal, como indica a figura a seguir.
A parede é diatérmica, isto é, permeável ao calor. O compartimento da direita contém dois moles de um gás ideal, enquanto o da esquerda contém um mol de um outro gás, também ideal.
Sabendo que os gases estão em equilíbrio térmico entre si e que a parede se encontra em repouso, calcule o volume de cada gás em função de V³.
10. (Fgv 2006) Na Coréia do Sul, a caça submarina é uma profissão feminina por tradição. As Haenyeos são "mulheres-peixe" que ganham dinheiro mergulhando atrás de frutos do mar e crustáceos. O trabalho é realizado com equipamentos precários o que não impede a enorme resistência dessas senhoras que conseguem submergir por dois minutos e descer até 20 metros abaixo da superfície.
("Revista dos Curiosos", 2003)
Supondo que o ar contido nos pulmões de uma dessas mergulhadoras não sofresse variação significativa de temperatura e se comportasse como um gás ideal, e levando em conta que a pressão exercida por uma coluna de água de 10m de altura equivale aproximadamente a 1atm, a relação entre o volume do ar contido nos pulmões, durante um desses mergulhos de 20m de profundidade, e o volume que esse ar ocuparia ao nível do mar, se a estrutura óssea e muscular do tórax não oferecesse resistência, corresponderia, aproximadamente, a Dado: pressão na superfície da água = 1 atm a) 0,3. b) 0,5. c) 0,6. d) 1,0. e) 1,5.
11. (Puc-rio 2005) Um gás ideal possui um volume de 100 litros e está a uma temperatura de 27 °C e a uma pressão igual a 1 atm (101000 Pa). Este gás é comprimido a temperatura constante até atingir o volume de 50 litros.
a) Calcule a pressão do gás quando atingir o volume de 50 litros.
O gás é em seguida aquecido a volume constante até atingir a temperatura de 627 °C.
b) Calcule a pressão do gás nesta temperatura.
12. (Ufu 2005) Considere as informações a seguir::
20 g de um gás ideal contido em um recipiente de 15 litros é resfriado, diminuindo sua temperatura de 30
°C para 10 °C.
Pede-se:
a) se o volume do recipiente for mantido fixo e a pressão exercida pelo gás nas paredes do recipiente diminuir 3000 N/m£ com o resfriamento, qual sua pressão quando a temperatura era de 30 °C?
b) se o gás, ao atingir 10 °C, sofre uma transição de fase, condensando-se, calcule a quantidade de calor liberada pelo gás ao ter sua temperatura reduzida de 30 °C para 10 °C, tornando-se líquido.
Dados: calor específico do gás = 0,2 cal/g.°C calor latente de vaporização = 10,0 cal/g
13. (Ufrj 2005) Um recipiente de volume variável, em equilíbrio térmico com um reservatório de temperatura constante, encerra uma certa quantidade de gás ideal que tem inicialmente pressão de 2,0 atmosferas e volume de 3,0 litros.
O volume máximo que esse recipiente pode atingir é de 5,0 litros, e o volume mínimo é de 2,0 litros.
Calcule as pressões máxima (pmax) e mínima (pmin) a que o referido gás pode ser submetido.
14. (Ufmg 2005) Gabriela segura um balão com gás hélio durante uma viagem do Rio de Janeiro até o pico das Agulhas Negras.
No Rio de Janeiro, o volume do balão era V³, e o gás estava à pressão p³ e temperatura T³, medida em Kelvin.
Ao chegar ao pico, porém, Gabriela observa que o volume do balão passa ser 6/5V³ e a temperatura do gás, 9/10T³.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, no pico das Agulhas Negras, a pressão do gás, no interior do balão, é
a) p³. b) 3/4 p³. c) 9/10 p³.
d) 5/6 p³.
15. (Unifesp 2003) Você já deve ter notado como é difícil abrir a porta de um "freezer" logo após tê-la fechado, sendo necessário aguardar alguns segundos para abri-la novamente. Considere um
"freezer" vertical cuja porta tenha 0,60m de largura por 1,0m de altura, volume interno de 150L e que esteja a uma temperatura interna de -18°C, num dia em que a temperatura externa seja de 27°C e a pressão, 1,0×10¦N/m£.
a) Com base em conceitos físicos, explique a razão de ser difícil abrir a porta do "freezer" logo após tê-la fechado e por que é necessário aguardar alguns instantes para conseguir abri-la novamente.
b) Suponha que você tenha aberto a porta do
"freezer" por tempo suficiente para que todo o ar frio do seu interior fosse substituído por ar a 27°C e que, fechando a porta do "freezer", quisesse abri-la novamente logo em seguida. Considere que, nesse curtíssimo intervalo de tempo, a temperatura média do ar no interior do freezer tenha atingido -3°C.
Determine a intensidade da força resultante sobre a porta do "freezer".
16. (Uel 2000) Uma bolha de ar é formada junto ao fundo de um lago, a 5,0m de profundidade, escapa e sobe à superfície. São dados:
pressão atmosférica = 1,0 . 10¦ N/m£ e densidade da água = 1,0 . 10¤ kg/m¤.
Considerando constante a temperatura da água, pode-se concluir que o volume da bolha, na subida, a) permanece o mesmo.
b) aumenta 5% c) aumenta 10%
d) aumenta 20% e) aumenta 50%
17. (Fuvest 2000) Um bujão de gás de cozinha contém 13kg de gás liquefeito, à alta pressão. Um mol desse gás tem massa de, aproximadamente, 52g. Se todo o conteúdo do bujão fosse utilizado para encher um balão, à pressão atmosférica e à temperatura de 300K, o volume final do balão seria aproximadamente de:
Constante dos gases R R = 8,3 J/(mol.K) ou R = 0,082 atm.Ø / (mol.K)
P(atmosférica) = 1atm ¸ 1×10¦Pa (1Pa = 1N/m£) 1m¤ = 1000Ø
a) 13 m¤ b) 6,2 m¤ c) 3,1 m¤
d) 0,98 m¤ e) 0,27 m¤
18. (Unifesp 2007) Um estudante contou ao seu professor de Física que colocou uma garrafa PET vazia, fechada, no freezer de sua casa. Depois de algum tempo, abriu o freezer e verificou que a garrafa estava amassada. Na primeira versão do estudante, o volume teria se reduzido de apenas 10% do volume inicial; em uma segunda versão, a redução do volume teria sido bem maior, de 50%.
Para avaliar a veracidade dessa história, o professor aplicou à situação descrita a Lei Geral dos Gases Perfeitos, fazendo as seguintes hipóteses, que admitiu verdadeiras:
- a garrafa foi bem fechada, à temperatura ambiente de 27°C, e não houve vazamento de ar;
- a temperatura do freezer era de -18°C;
- houve tempo suficiente para o equilíbrio térmico;
- a pressão interna do freezer tem de ser menor do que a pressão ambiente (pressão atmosférica).
Assim, o professor pôde concluir que o estudante:
a) falou a verdade na primeira versão, pois só essa redução do volume é compatível com a condição de que a pressão interna do freezer seja menor do que a pressão ambiente.
b) falou a verdade na segunda versão, pois só essa redução do volume é compatível com a condição de que a pressão interna do freezer seja menor do que a pressão ambiente.
c) mentiu nas duas versões, pois ambas implicariam em uma pressão interna do freezer maior do que a pressão ambiente.
d) mentiu nas duas versões, pois é impossível a diminuição do volume da garrafa, qualquer que seja a relação entre a pressão interna do freezer e a pressão ambiente.
e) mentiu nas duas versões, pois nessas condições a garrafa teria estufado ou até mesmo explodido, tendo em vista que a pressão interna do freezer é muito menor do que a pressão ambiente.
19. (Unifesp 2007) O tanque de expansão térmica é uma tecnologia recente que tem por objetivo proteger caldeiras de aquecimento de água. Quando a temperatura da caldeira se eleva, a água se expande e pode romper a caldeira. Para que isso não ocorra, a água passa para o tanque de expansão térmica através de uma válvula; o tanque dispõe de um diafragma elástico que permite a volta da água para a caldeira.
Suponha que você queira proteger uma caldeira de volume 500 L, destinada a aquecer a água de 20°C a 80°C; que, entre essas temperaturas, pode-se adotar para o coeficiente de dilatação volumétrica da água o valor médio de 4,4 . 10-¥°C-¢ e considere desprezíveis a dilatação da caldeira e do tanque.
Sabendo que o preço de um tanque de expansão térmica para essa finalidade é diretamente proporcional ao seu volume, assinale, das opções fornecidas, qual deve ser o volume do tanque que pode proporcionar a melhor relação custo-benefício.
a) 4,0 L. b) 8,0 L. c) 12 L.
d) 16 L. e) 20 L.
20. (Ufc 2007) Um recipiente cilíndrico fechado de volume V possui paredes adiabáticas e é dividido em dois compartimentos iguais por uma parede fixa, também adiabática. Em cada um dos compartimentos encontram-se N mols de um gás ideal monoatômico. Suas respectivas temperaturas iniciais são T e 2T.
a) A parede adiabática fixa é liberada e pode deslocar-se livremente até atingir nova situação de equilíbrio, na qual o volume de um compartimento é o triplo do volume do outro. Calcule o módulo do trabalho realizado por um gás sobre o outro.
b) A parede adiabática é novamente presa quando a situação de equilíbrio do item anterior é atingida e perde suas propriedades isolantes, permitindo que haja troca de calor entre os dois recipientes, até atingir novo equilíbrio. Determine o módulo do calor trocado entre os recipientes.
21. (Ufmg 2007) Para se realizar uma determinada experiência,
- coloca-se um pouco de água em uma lata, com uma abertura na parte superior, destampada, a qual é, em seguida, aquecida, como mostrado na Figura I;
- depois que a água ferve e o interior da lata fica totalmente preenchido com vapor, esta é tampada e retirada do fogo;
- logo depois, despeja-se água fria sobre a lata e observa-se que ela se contrai bruscamente, como mostrado na Figura II.
Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, na situação descrita, a contração ocorre porque
a) a água fria provoca uma contração do metal das paredes da lata.
b) a lata fica mais frágil ao ser aquecida.
c) a pressão atmosférica esmaga a lata.
d) o vapor frio, no interior da lata, puxa suas paredes para dentro.
22. (Puc-rio 2006) Uma panela é aquecida da temperatura ambiente de 25 °C até a temperatura de 100 °C. Sabendo que a pressão inicial da panela é P³ e que o volume da panela permaneceu constante durante este processo, podemos afirmar que:
a) o processo é isovolumétrico e a pressão final é aproximadamente 5P³/4.
b) o processo é isovolumétrico e a pressão final da panela é aproximadamente P³/3.
c) o processo é isobárico e o volume da panela permanece constante.
d) o processo é isobárico e apenas a temperatura variou.
e) o processo é isovolumétrico e a pressão final da panela é aproximadamente 3P³.
23. (Ufmg 2006) Regina estaciona seu carro, movido a gás natural, ao Sol.
Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal.
Assinale a alternativa cujo gráfico MELHOR representa a pressão em função da temperatura do gás na situação descrita.
24. (Unifesp 2006) A figura reproduz uma gravura do termoscópio de Galileu, um termômetro primitivo por ele construído no início do século XVI.]
No termoscópio, o ar é aprisionado no bulbo superior, ligado por um tubo a um recipiente aberto contendo um líquido colorido.
Assim, pode-se concluir que, se a temperatura ambiente subir, a altura da coluna de líquido colorido a) aumenta, pois aumentam o volume e a pressão do ar contido no bulbo.
b) diminui, pois aumentam o volume e a pressão do ar contido no bulbo.
c) aumenta, em decorrência da dilatação do líquido contido no recipiente.
d) diminui, em decorrência da dilatação do líquido contido no recipiente.
e) pode aumentar ou diminuir, dependendo do líquido contido no recipiente.
25. (Unesp 2006) Um gás ideal, inicialmente à temperatura de 320 K e ocupando um volume de 22,4 Ø, sofre expansão em uma transformação a pressão constante. Considerando que a massa do gás permaneceu inalterada e a temperatura final foi de 480 K, calcule
a) a variação do volume do gás.
b) o coeficiente de dilatação volumétrica do gás no início da transformação.
26. (Unesp 2006) Um gás ideal, confinado no interior de um pistão com êmbolo móvel, é submetido a uma transformação na qual seu volume é reduzido à quarta parte do seu volume inicial, em um intervalo de tempo muito curto. Tratando-se de uma transformação muito rápida, não há tempo para a troca de calor entre o gás e o meio exterior. Pode-se afirmar que a transformação é
a) isobárica, e a temperatura final do gás é maior que a inicial.
b) isotérmica, e a pressão final do gás é maior que a inicial.
c) adiabática, e a temperatura final do gás é maior que a inicial.
d) isobárica, e a energia interna final do gás é menor
que a inicial.
e) adiabática, e a energia interna final do gás é menor que a inicial.
27. (Ueg 2005) É sempre bom lembrar, que um copo vazio está cheio de ar.
Que o ar no copo ocupa o lugar do vinho Que o vinho busca ocupar o lugar da dor Que a dor ocupa a metade da verdade A verdadeira natureza interior
Gilberto Gil. "Copo Vazio"
Tendo como referência o poema de Gilberto Gil e com base nas propriedades e leis que regem a fase gasosa, assinale a alternativa INCORRETA:
a) Um gás dilata-se muito mais com a temperatura do que um sólido ou um líquido.
b) Volumes iguais de gases diferentes, desde que nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de moléculas.
c) A energia cinética média de translação das moléculas de um gás - qualquer que seja ele - é proporcional à sua temperatura.
d) Se for fornecida a mesma quantidade de calor a uma certa massa de gás, ela se aquecerá mais se estiver mantida num volume constante do que sob pressão constante.
e) É impossível ceder calor a um gás e sua temperatura não sofrer variação.
28. (Pucrs 2005) A temperatura de um gás é diretamente proporcional à energia cinética das suas partículas. Portanto, dois gases A e B, na mesma temperatura, cujas partículas tenham massas na proporção de mÛ/m½=4/1, terão as energias cinéticas médias das suas partículas na proporção EcÛ/Ec½ igual a
a) 1/4 b) 1/2 c) 1 d) 2 e) 4
29. (Uerj 2005) As mudanças de pressão que o ar atmosférico sofre, ao entrar nos pulmões ou ao sair deles, podem ser consideradas como uma transformação isotérmica. Ao inspirar, uma pessoa sofre uma diminuição em sua pressão intrapulmonar de 0,75%, no máximo.
Considere 0,60 L de ar à pressão atmosférica de 740 mmHg.
A variação máxima de volume, em litros, sofrida por essa quantidade de ar ao ser inspirado é aproximadamente de:
a) 4,5 × 10¡ b) 4,5 × 10-¢ c) 4,5 × 10-£
d) 4,5 × 10-¤
30. (Pucpr 2005) Quando usamos um desodorante na forma de spray temos a sensação de frio. Isto se deve ao fato que o spray:
a) Está dentro da lata em estado líquido e na temperatura ambiente. Ao sair da lata, passa para o estado de vapor roubando calor do ambiente.
b) Já estava frio quando fechado na lata, pois todo vapor para se condensar deve ter sua pressão aumentada, provocando redução de sua temperatura.
c) Já estava frio quando acondicionado na lata, pois todo vapor só se condensa quando a temperatura diminui.
d) Já estava frio quando fechado na lata, pois todo vapor para se condensar, deve ter sua pressão diminuída, provocando, como conseqüência, redução de sua temperatura.
e) Já estava frio quando colocado na lata, pois esta é feita de metal, o qual tem a propriedade de roubar calor do interior da lata rapidamente.
31. (Fuvest 2004) Um cilindro contém uma certa massa M³ de um gás a T³ = 7°C (280 K) e pressão P³. Ele possui uma válvula de segurança que impede a pressão interna de alcançar valores superiores a P³. Se essa pressão ultrapassar P³, parte do gás é liberada para o ambiente. Ao ser aquecido até T = 77°C (350 K), a válvula do cilindro libera parte do gás, mantendo a pressão interna no valor P³. No final do aquecimento, a massa de gás que permanece no cilindro é, aproximadamente, de a) 1,0 M³ b) 0,8 M³ c) 0,7 M³
d) 0,5 M³ e) 0,1 M³
32. (Ufscar 2003) No bebedouro doméstico representado na figura, a água do garrafão virado para baixo, de boca aberta, não vaza para o recipiente onde ele se apóia, devido à pressão atmosférica.
Cada vez que a torneirinha desse recipiente é aberta, há um momentâneo desequilíbrio de pressões, que permite a saída de água do bebedouro e a entrada de ar no garrafão, mas que logo se restabelece, assim que a torneirinha é fechada.
Supondo constante a pressão atmosférica, pode-se afirmar que entre duas situações de equilíbrio em que o nível da água no garrafão diminui, a pressão do ar nele aprisionado
a) aumenta, porque a altura da água contida no garrafão diminui.
b) aumenta, porque o volume do ar contido no garrafão aumenta.
c) permanece constante, porque ela deve igualar-se sempre à pressão atmosférica externa.
d) diminui, porque a altura da água contida no garrafão diminui.
e) diminui, porque o volume do ar contido no garrafão aumenta.
33. (Fuvest 2003) O gasômetro G, utilizado para o armazenamento de ar, é um recipiente cilíndrico, metálico, com paredes laterais de pequena espessura. G é fechado na sua parte superior, aberto na inferior que permanece imersa em água e pode se mover na direção vertical. G contém ar, inicialmente à temperatura de 300K e o nível da água no seu interior se encontra 2,0m abaixo do nível externo da água. Nessas condições, a tampa de G está 9,0m acima do nível externo da água, como mostra a figura. Aquecendo-se o gás, o sistema se estabiliza numa nova altura de equilíbrio, com a tampa superior a uma altura H, em relação ao nível externo da água, e com a temperatura do gás a 360K. Supondo que o ar se comporte como um gás ideal, a nova altura H será, aproximadamente, igual a
a) 8,8m`` b) 9,0m c) 10,8m d) 11,2m e) 13,2m
34. (Puccamp 2001) Duas panelas de pressão, uma grande de 7,5L e outra pequena de 4,5L, ambas com água até a metade, são postas para aquecer destampadas, sobre bicos de gás de capacidades caloríficas diferentes. Em determinado instante, percebe-se que as águas nas duas panelas iniciaram fervura ao mesmo tempo. Desejando-se que a água da panela pequena ferva vigorosamente, basta
a) tampá-la.
b) tampá-la e diminuir a intensidade do bico de gás.
c) tampá-la e aumentar a intensidade do bico de gás.
d) colocar um pouquinho de água de outra panela que esteja fervendo vigorosamente.
e) trocá-la de posição com a panela grande.
35. (Uel 2001) Um "freezer" é programado para manter a temperatura em seu interior a -19°C. Ao ser instalado, suponha que a temperatura ambiente seja de 27°C. Considerando que o sistema de fechamento da porta a mantém hermeticamente fechada, qual será a pressão no interior do "freezer"
quando ele tiver atingido a temperatura para a qual foi programado?
a) 0,72 atm b) 0,78 atm c) 0,85 atm d) 0,89 atm e) 0,94 atm
36. (Fuvest 2002) Um equipamento possui um sistema formado por um pistão, com massa de 10kg, que se movimenta, sem atrito, em um cilindro de secção transversal S = 0,01m£. Operando em uma região onde a pressão atmosférica é de 10,0×10¥Pa (1 Pa = 1 N/m£), o ar aprisionado no interior do cilindro mantém o pistão a uma altura H = 18 cm.
Quando esse sistema é levado a operar em uma região onde a pressão atmosférica é de 8,0×10¥Pa, mantendo-se a mesma temperatura, a nova altura H no interior do cilindro passa a ser aproximadamente de
a) 5,5 cm b) 14,7 cm c) 20 cm d) 22 cm e) 36 cm
37. (Fuvest 2002) Um cilindro, com comprimento de 1,5m, cuja base inferior é constituída por um bom condutor de calor, permanece semi-imerso em um grande tanque industrial, ao nível do mar, podendo ser utilizado como termômetro. Para isso, dentro do cilindro, há um pistão, de massa desprezível e isolante térmico, que pode mover-se sem atrito.
Inicialmente, com o ar e o líquido do tanque à temperatura ambiente de 27°C, o cilindro está aberto e o pistão encontra-se na posição indicada na figura 1. O cilindro é, então, fechado e, a seguir, o líquido do tanque é aquecido, fazendo com que o pistão atinja uma nova posição, indicada na figura 2.
Supondo que a temperatura da câmara superior A permaneça sempre igual a 27°C, determine:
a) A pressão final P•, em Pa, na câmara superior A.
b) A temperatura final do líquido no tanque, em °C ou em K.
Ao nível do mar:
Patm = 1,0 × 10¦ Pa 1 Pa = 1 N/m£
38. (Ufscar 2002) Uma pequena quantidade de um gás ideal é mantida hermeticamente fechada dentro de um cilindro rígido dotado de um êmbolo.
Puxando-se rapidamente o êmbolo, verifica-se uma diminuição na temperatura do gás. Em relação à transformação sofrida por este gás, é verdadeiro afirmar que
a) o volume aumentou, num processo isobárico.
b) a pressão diminuiu, num processo isovolumétrico.
c) o volume aumentou, num processo isotérmico.
d) o volume aumentou proporcionalmente mais do que a pressão diminuiu.
e) a pressão diminuiu proporcionalmente mais do que o volume aumentou.
39. (Fuvest 2001) Um compartimento cilíndrico, isolado termicamente, é utilizado para o transporte entre um navio e uma estação submarina. Tem
altura H³=2,0m e área da base S³ =3,0m£. Dentro do compartimento, o ar está inicialmente à pressão atmosférica (Patm) e a 27°C, comportando-se como gás ideal. Por acidente, o suporte da base inferior do compartimento não foi travado e a base passa a funcionar como um pistão, subindo dentro do cilindro à medida que o compartimento desce lentamente dentro d'água, sem que ocorra troca de calor entre a água, o ar e as paredes do compartimento.
Considere a densidade da água do mar igual à densidade da água. Despreze a massa da base.
Quando a base inferior estiver a 40m de profundidade, determine:
a) A pressão P do ar, em Pa, dentro do compartimento.
b) A altura H, em m, do compartimento, que permanece não inundado.
c) A temperatura T do ar, em °C, no compartimento.
Curvas P × V para uma massa de ar que, à Patm e 27°C, ocupa 1m¤: (A) isobárica, (B) isotérmica, (C) sem troca de calor, (D) volume constante.
Patm = 10¦ Pa; 1 Pa = 1N/m£
40. (Fuvest 2001)
Um gás, contido em um cilindro, à pressão atmosférica, ocupa um volume V³, à temperatura ambiente T³ (em kelvin). O cilindro contém um pistão, de massa desprezível, que pode mover-se sem atrito e que pode até, em seu limite máximo, duplicar o volume inicial do gás. Esse gás é
aquecido, fazendo com que o pistão seja empurrado ao máximo e também com que a temperatura do gás atinja quatro vezes T³. Na
situação final, a pressão do gás no cilindro deverá ser
a) metade da pressão atmosférica b) igual à pressão atmosférica c) duas vezes a pressão atmosférica d) três vezes a pressão atmosférica e) quatro vezes a pressão atmosférica
41. (Unesp 2000) Uma bomba de ar, constituída de cilindro e êmbolo, está acoplada a uma bola de futebol. Na base do cilindro, existe uma válvula que se abre sob pressão e que só permite a passagem de ar do cilindro para a bola. Inicialmente, o êmbolo está à distância d³ (indicada na Figura 1) da base do cilindro e a pressão no interior do cilindro é a pressão atmosférica P³, enquanto a pressão no interior da bola é P. Quando o êmbolo é empurrado de 1/3 do seu afastamento inicial, a válvula entre o cilindro e a bola se abre (Figura 2).
Considerando a temperatura constante e o gás ideal, pode-se dizer que a pressão P no interior da bola é
a) (2/3) P³. b) P³. c) (3/2) P³.
d) 2 P³. e) 3 P³.
42. (Fuvest 2000) Uma determinada máquina pneumática aplica, por meio da haste H, uma força para cima e para baixo sobre um mecanismo externo. A haste H interliga dois êmbolos, de áreas S=1,2m£ e S‚=3,6m£, que podem mover-se em dois cilindros coaxiais, ao longo de um comprimento L=0,50m, limitado por pinos (E). O conjunto (êmbolos e haste) tem massa M=8000kg. Os êmbolos separam três regiões: câmara C, mantida sempre em vácuo; câmara B, entre esses dois êmbolos; região A, aberta ao ambiente. A câmara B pode se comunicar com o ambiente, por um registro
R•, e com um reservatório de ar comprimido, à pressão constante P=5,0×10¦Pa, por meio de um registro R‚ (conforme figura). Inicialmente, com o registro R• aberto e R‚ fechado, os êmbolos deslocam-se lentamente para cima, puxando o mecanismo externo com uma força constante FÝ. No final do percurso, R é fechado e R‚ aberto, de forma que os êmbolos deslocam-se para baixo, empurrando o mecanismo externo com uma força constante F½.
(Considere a temperatura como constante e a pressão ambiente como P³=1,0×10¦Pa. Lembre-se de que 1Pa=1N/m£). Determine
a) a intensidade, em N, da força FÝ.
b) a intensidade, em N, da força F½.
c) o trabalho T, sobre o mecanismo externo, em J, em um ciclo completo.
43. (Unicamp 2005) Uma sala tem 6 m de largura, 10 m de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o ar dentro da sala. Considere o calor específico do ar como sendo 30 J/ (mol K) e use R=
8 J/ (mol K).
a) Considerando o ar dentro da sala como um gás ideal à pressão ambiente (P = 10¦ N/m£), quantos moles de gás existem dentro da sala a 27 °C?
b) Qual é a quantidade de calor que o refrigerador deve retirar da massa de ar do item (a) para resfriá- Ia até 17 °C?
GABARITO
1. a) Os valores obtidos por Boyle confirmam que o produto pressão e volume do gás permanece constante.
b) p = d(Hg) . g . h + p³
p = 14 . 10¤ . 10 . 1,5 + 1,0 . 10¦ (Pa) p = 3,1 . 10¦Pa
2. 02 + 08 = 10 3. 1,4 atm e 420 K
4. [B]
p.V = n.R.T Inicialmente:
200.V = n.R.T Após o espape:
160.V = N.R.T
Dividindo membro a membro:
200/160 = n/N ==> N/n = 160/200 = 0,8
Isto significa que o gás que restou no recipiente corresponde a 80% do gás inicial. Desta forma evidencia-se que o escape correspondeu a 20%.
5. [E]
6. a) 250 mols b) 18,75 mols c) 4 h
7. [A]
8. T = 76,7 °C
9. Utilizando a equação de estado dos gases ideais, temos: pV = nRT e p‚V‚ = n‚RT‚ e, portanto, (pV)/(p‚V‚) = (nT)/ (n‚T‚). Como a parede é diatérmica e os gases estão em equilíbrio térmico, T•
= T‚; como a parede pode mover-se sem atrito na horizontal e está em repouso, p = p‚. Portanto, V/V‚ = n/n‚. Mas n/n‚ = 1/2, logo, V‚ = 2 V.
Substituindo esse resultado em V + V‚ = V€, obtemos 3V• = V€, ou seja, V• = V€/3 e, conseqüentemente, V‚ = 2 V€/3.
10. [A]
11. a) Em processo isotérmico é verdadeiro que o
produto entre a pressão e volume é constante.
Desta forma: PV = P‚V‚ ë P‚= PV/V‚ = 1 × 100/50 = 2 atm
b) Em processo isocórico a pressão é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Assim: P•/T• = P‚/T‚ ë P‚=PT‚/T = 2 × (627 + 273)/(27 + 273) = 2×900/300 = 2 × 3 = 6 atm
12. a) 4,54 × 10¥N/m£
b) 280 cal
13. pmax = 3 atm e pmin = 1,2 atm.
14. [B]
15. a) Quando a porta do "freezer" é aberta entra ar mais quente em seu interior, fazendo a pressão interna igualar-se à pressão externa. A porta é fechada e o ar existente no interior do "freezer" é resfriado rapidamente, diminuindo sensivelmente a sua pressão. Como a pressão do ar externo é maior, existirá uma diferença de pressão que dificultará a sua abertura. Para conseguirmos abrir a porta será necessário aplicarmos uma força de intensidade maior do que aquela decorrente da diferença entre a pressão externa e a interna.
Se deixarmos passar um certo intervalo de tempo, notamos que a abertura da porta fica mais fácil. Isso ocorre porque a vedação da porta não é ideal, possibilitando a entrada de ar externo no interior do
"freezer". Esse ar será resfriado lentamente, mas aumentará o número de partículas de ar, o que aumentará a pressão do ar no interior do "freezer".
Quando essa pressão tornar-se igual à pressão externa, a massa de ar de dentro do "freezer" ficará praticamente constante e a resistência à abertura da porta será apenas devido aos ímãs existentes na borracha de vedação que aderem ao metal do corpo do "freezer".
b) 6,0 × 10¤ N 16. [E]
17. [B]
18. [A]
19. [D]
20. a) 3NRT/8.
b) 9/8 NRT.
21. [C]
22. [A]
23. [D]
24. [B]
25. a) 11,2 Ø
b) 3,1 × 10-¤ K-¢ ou (1/320)K-¢
26. [C]
27. [E]
28. [C]
29. [D]
30. [A]
31. [B]
32. [A]
33. [D]
34. [E]
35. [C]
36. [D]
37. a) 1,5 × 10¦ Pa b) 540 K
38. [E]
39. a) P = 5 . 10¦ Pa b) H = 0,6 m
c) T = 177°C 40. [C]
41. [C]
42. a) FÝ = 4 . 10¥ N b) F½ = 9,2 . 10¦ N c) T = 4,8 . 10¦ J 43. a) 1 × 10¥ mols b) 3 × 10§ J
