Exercícios 1 lei da Termodinâmica Vestibular

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Física - Primeira Lei da Termodinâmica simulado com gabarito de matéria específica

Com a intenção de ajudá-lo a se preparar melhor para as provas de Vestibular e Enem, desenvolvemos este Simulado matéria específica de Física – Primeira Lei da Termodinâmica que contém questões específicas sobre os assuntos mais exigidos em Física. Cada questão contém entre 2 e 5 alternativas. Para cada questão existe apenas uma alternativa correta e não existe nenhuma questão em branco.

O número de respostas certas do gabarito do Simulado de Física – Primeira Lei da Termodinâmica estão no final.

Boa sorte e Bons estudos!

Vamos ao Simulado de Física – Primeira Lei da Termodinâmica com gabarito:

Simulado com gabarito de Física – Primeira Lei da Termodinâmica

01. (Ufla-MG) Numa transformação gasosa reversível, a variação da energia interna é de + 300 J. Houve compressão e o trabalho realizado pela força de pressão do gás é, em módulo, 200 J. Então, é verdade que o

a) cedeu 500 J de calor ao meio b) cedeu 100 J de calor ao meio c) recebeu 500 J de calor do meio d) recebeu 100 J de calor do meio

e) sofreu uma transformação adiabática

02. (Ufla-MG) As afirmativas abaixo referem-se ao 1º princípio da Termodinâmica. Assinale a seguir a alternativa correta.

I. Em uma transformação isotérmica o calor trocado entre o sistema e o meio corresponde ao trabalho mecânico envolvido. II. Em uma transformação isovolumétrica, o calor envolvido corresponde à variação da energia interna.

III. Em uma transformação adiabática, o trabalho mecânico envolvido corresponde à variação da energia interna com sinal trocado.

a) Nenhuma das afirmativas é correta b) Somente as afirmativas I e II são corretas c) Somente as afirmativas I e III são corretas d) Somente as afirmativas II e III são corretas

e) As afirmativas I, II e III são corretas

03. (PUC-RS) Um sistema formado por um gás ideal sofre uma transformação com as seguintes características:

Q = ΔU τ = 0

Onde t é o trabalho realizado, ΔU é uma variação positiva (aumento) da energia interna e Q é o calor fornecido ou absorvido pelo sistema. Estes dados permitem concluir que no processo houve uma transformação:

a) adiabática b) isobárica c) isométrica d) isotérmica

e) adiabática e isotérmica

04. (UFU-MG) Certa quantidade de gás é aquecida de dois modos e, devido a isto, sua temperatura aumenta na mesma quantidade, a partir da mesma temperatura inicial. Faz-se esse aquecimento, uma vez mantendo constante o volume do gás e outra, mantendo a pressão constante. Baseando-se nessas informações, é possível concluir que:

a) nos dois casos forneceu-se a mesma quantidade de calor ao gás b) no segundo aquecimento não houve realização de trabalho c) no segundo aquecimento todo o calor fornecido ao gás foi transformado em energia interna d) o aumento da energia interna do gás foi o mesmo nos dois casos

e) o trabalho realizado no primeiro caso foi maior que no segundo

05. (UFMG) Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido.
Com base nessas informações, é correto afirmar que, nesse processo:

a) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido b) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido c) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido

d) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido

GABARITO do Simulado de Física – Primeira Lei da Termodinâmica

A Primeira Lei da Termodinâmica parte do princípio de conservação de energia em um sistema termodinâmico. Por meio de fórmulas matemáticas e embasamento teórico, essa lei versa sobre a variação da energia interna de um sistema, depois que ele realizou trabalho, também mensurando a quantidade de calor absorvida. 

Continue lendo este artigo e entenda melhor a definição e as aplicações da Primeira Lei da Termodinâmica, tanto em termos de fórmula, como em questões de vestibulares que cobram esse tema. 

Como é a Primeira Lei da Termodinâmica?

Para entender melhor a Primeira Lei da Termodinâmica, é preciso ter em mente o Princípio da Conservação das Energia, muito importante para diversas áreas da Física. 

Esse princípio que rege os estudos físicos transmite a ideia de que, em um sistema termodinâmico, a energia nunca “some”: ela pode ser perdida para o meio em que se encontra, absorvida ou transformada por um corpo, mas sempre se mantém na mesma quantidade.

A partir disso, a Primeira Lei da Termodinâmica aparece com uma formulação matemática que resume essas informações. Ela trata de três grandes conceitos, que estão muito presentes nas máquinas térmicas: energia interna (U), trabalho (𝝉) e calor(Q).

A energia interna de um corpo é aquela que está presente no movimento e posição dos átomos e moléculas que o constituem. 

Como sabemos da química, quando um corpo ganha temperatura, as partículas atômicas tornam-se mais agitadas, por isso a energia interna desse objeto estará aumentando. Do lado oposto, quando a temperatura decresce, a movimentação dos átomos diminui e a energia interna será menor. 

O trabalho realizado por um corpo diz respeito a uma transferência de energia com geração de uma força. Por exemplo, em máquinas a vapor, o trabalho resulta na movimentação dos pistões — causada pela expansão do vapor dentro do sistema. 

Por fim, a definição de calor é a energia em trânsito em um ambiente. A nível de vestibular, essa grandeza é estudada pela calorimetria, dada sua influência nos estados físicos de um material, principalmente.

Fórmula da 1ª Lei da Termodinâmica

Agora que você já conhece todas os conceitos fundamentais para o entendimento da Primeira Lei da Termodinâmica, veja a fórmula que resume todas essas ideias:

ΔU = Q – 𝝉

ΔU é a variação da energia interna, medida em calorias (cal) ou Joules (J)

Q é a medida do calor, nas unidades de calorias (cal) ou Joules (J)

𝝉 é o trabalho, também medido calorias (cal) ou Joules (J)

A fórmula transmite uma só ideia: “A variação da energia interna de um corpo é dada pela diferença entre a quantidade de calor que ele recebeu, menos a quantidade de energia que foi transferida para o meio em forma de trabalho realizado”.

Para elucidar: imagine que uma máquina térmica recebeu um calor de 1200J. A partir disso, foi gerado vapor, que se expandiu e movimentou um pistão, com um trabalho de 700J.

Note que ainda vão sobrar 1200 – 700 = 500J (quinhentos Joules) para o corpo. Isso significa que ele absorverá essa “sobra” em forma de energia interna, por isso a variação da energia interna será ΔU=500J. 

Entender o que isso significa também é importante para as aplicações da fórmula da Primeira Lei da Termodinâmica:

Quando ΔU>0, o corpo ficou com uma quantidade a mais de calor depois de todo o processo, ou seja, sua temperatura subiu.

Se ΔU<0, significa que o corpo recebeu uma quantidade de calor menor do que o necessário para a realização do trabalho. Assim, ele cedeu mais energia do que recebeu, ou seja, sua temperatura diminuiu. 

Quando Q>0, significa que o corpo está absorvendo/recebendo calor do meio externo. Entretanto, se Q<0, ele está enviando calor para o ambiente em que está inserido. 

Nos casos em que o sistema expande, o 𝝉>0 e ele está realizando trabalho sobre o meio. Mas nas situações em que o sistema sofre contração do meio: 𝝉<0.

Tabela para a Primeira Lei da Termodinâmica

Veja, na tabela abaixo, um resumo sobre o comportamento de cada grandeza em situações diferentes:

+ Veja também: Diagrama de Fases: o que é e como interpretar

Questão de vestibular sobre a 1ª Lei da Termodinâmica

Vamos resolver juntos uma questão sobre a Primeira Lei da Termodinâmica?

UECE 2015

Em um motor de carro convencional a primeira transformação de energia em trabalho ocorre dentro do cilindro que aloja o pistão. De modo simplificado, pode-se entender esse sistema como um cilindro fechado contendo um êmbolo móvel, que é o pistão. Em um dado instante a mistura ar e combustível sofre combustão forçando os gases resultantes dessa queima a sofrerem expansão, movimentando o pistão ao longo do eixo do cilindro.

É correto afirmar que a energia térmica contida nos gases imediatamente após a combustão é

a) parte transferida na forma de calor para o ambiente e parte convertida em energia cinética do pistão.b) totalmente transferida como calor para o ambiente.c) totalmente convertida em trabalho sobre o pistão.

d) parte convertida em trabalho sobre o pistão e o restante convertida em energia cinética também do pistão.