Exercícios da primeira lei da termodinâmica
Aprenda a aplicar a primeira lei da termodinâmica em diferentes situações, resolva exercícios e teste seus conhecimentos com os exercícios resolvidos e explicados.
Questão 1
A primeira lei da termodinâmica afirma que:
a) A energia não pode ser criada nem destruída, mas pode ser convertida de uma forma para outra.
b) A energia é sempre conservada, mas não pode ser convertida de uma forma para outra.
c) A energia pode ser criada ou destruída, mas não pode ser convertida de uma forma para outra.
d) A energia não pode ser conservada, mas pode ser convertida de uma forma para outra.
A primeira Lei da Termodinâmica é o princípio da conservação de energia, por isso, em um sistema fechado, a quantidade de energia permanece constante, podendo apenas ser transformada de uma forma para outra.
Questão 2
Suponha um sistema fechado que recebe 100 J de calor ao mesmo tempo que realiza 50 J de trabalho. Qual é a variação de energia interna do sistema?
a) -50 J
b) 0 J
c) 50 J
d) 100 J
e) 150 J
Verificando os sinais:
Calor recebido é positivo Q ＞ 0.
Trabalho realizado é positivo W ＞ 0.
Conforme a primeira lei, temos:
Questão 3
Um sistema gasoso ideal troca com o meio externo 500 joules em forma de calor. Considerando que este processo seja um resfriamento isométrico, determine o trabalho e a energia interna, respectivamente.
a) 500 J e 0 J
b) - 500 e 0 J
c) 0 J e 500 J
d) 0 J e - 500 J
e) -500 J e 500 J
Sendo o processo isométrico, não há variação do volume, assim, o trabalho é zero.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica:
Como é um resfriamento, o sistema perde calor, portanto:
Questão 4
8 mols de um gás ideal em um sistema cilindro-pistão são comprimidos recebendo 1000 J de trabalho. Durante o processo, 400 J de calor são perdidos para o meio externo. Sua energia interna e a variação de sua temperatura, são, respectivamente iguais a
Dado: R = 8,31 J/mol.K
a) - 1400 J e variação aproximada de 6 K
b) 600 J e variação aproximada de 6 K
c) 600 J e variação aproximada de 14 K
d) - 1400 J e variação aproximada de 14 K
Energia interna
Como o sistema recebe trabalho seu sinal é negativo, assim como o calor, que neste processo, é perdido.
A primeira lei da termodinâmica é:
Substituindo os valores, obtemos:
R = 8,31 J/mol K
Temperatura
Pela lei de Joule, temos:
Questão 5
Um gás perfeito sofre uma compressão, recebendo um trabalho igual a 500 J. No final dessa transformação, a energia interna do sistema variou 200 J para menos em relação ao início. A quantidade de calor trocada pelo gás foi de
a) - 700 J
b) - 300 J
c) 300 J
d) 0 J
e) 700 J
Como o trabalho foi recebido, ou seja, trabalho resistente, seu sinal é negativo.
Substituindo os valores na equação da primeira lei da termodinâmica:
Questão 6
(CEDERJ 2021) Em uma etapa do ciclo executado por um gás ideal em um aparelho de ar-condicionado a pressão do gás é aumentada mantendo o seu volume constante. Nessa etapa do ciclo, o trabalho W realizado pelo gás, a quantidade de calor Q absorvida por ele e a variação ΔT da sua temperatura são, respectivamente:
a) W ＜ 0, Q ＜ 0 e ΔT ＜ 0
b) W = 0, Q ＞ 0 e ΔT ＞ 0
c) W = 0, Q = 0 e ΔT = 0
d) W ＞ 0, Q ＞ 0 e ΔT ＞ 0
Dados:
Pressão P aumenta;
Volume permanece constante;
Trabalho
Como o volume é constante o trabalho W é igual a zero.
A primeira lei da termodinâmica fica assim:
Sendo o calor positivo, a variação da energia interna também o será.
Calor
Como o calor é absorvido, ele é positivo.
Temperatura
Pela lei dos gases:
Onde,
n é o número de mols
R é a constante universal dos gases
Assim, a temperatura depende apenas da pressão, uma vez que o volume é constante, sendo positivo.
Questão 7
(UNICENTRO 2018) De acordo com a Primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna de um sistema, ΔU, é dada pela diferença entre o calor trocado com o meio exterior, Q, e o trabalho, W, realizado no processo termodinâmico. Considerando-se essas informações, se um gás monoatômico expande de modo a manter-se sempre com a mesma temperatura, essa transformação pode ser representada pela equação
a) ΔU + W = 0
b) ΔU − W =0
c) Q − W = 0
d) Q + ΔU = 0
Processo isotérmico ocorre sem a variação da temperatura.
A energia está relacionada a temperatura por:
Onde n é o número de mols e R a constante universal dos gases. Sendo n e R constante, só há variação da temperatura, e
A primeira lei da termodinâmica, fica assim:
Questão 8
(URCA 2016) De acordo com a primeira lei da termodinâmica se, durante um processo isotérmico sofrido por um gás ideal de massa fixa o gás libera uma quantidade de calor cujo módulo é de 50 cal então a variação de energia interna e o trabalho realizado pelo gás neste processo são, respectivamente:
a) 0 e 50 cal.
b) 50 cal e 0.
c) 0 e 0.
d) 50 cal e -50 cal.
e) 0 e -50 cal.
A variação da energia intertna se relaciona diretamente com a variação da temperatura. Como o processo é isotérmico, não há variação de temperatura, logo, .
Da primeira lei da termodinâmica:
Como o calor é liberado seu sinal é negativo.
Questão 9
(UFRN 2012) A biomassa é uma das principais fontes de energia renovável e, portanto, máquinas que a utilizam como combustível para geração de energia são importantes do ponto de vista ambiental. Um exemplo bastante comum é o uso da biomassa com o objetivo de acionar uma turbina a vapor para gerar trabalho. A figura ao lado mostra, esquematicamente, uma usina termoelétrica simplificada.
Nessa termoelétrica, a queima da biomassa na fornalha produz calor, que aquece a água da caldeira e gera vapor a alta pressão. O vapor, por sua vez, é conduzido por tubulações até a turbina que, sob a ação deste, passa a girar suas pás.
Considere desprezíveis as perdas de calor devido às diferenças de temperatura entre as partes dessa máquina térmica e o ambiente. Nesse contexto, a variação da energia interna da água da caldeira
a) é maior que a soma do calor a ela fornecido pela queima da biomassa com o trabalho realizado sobre a turbina.
b) é igual à soma do calor a ela fornecido pela queima da biomassa com o trabalho realizado sobre a turbina.
c) é igual à diferença entre o calor a ela fornecido pela queima da biomassa e o trabalho realizado sobre a turbina.
d) é maior que a diferença entre calor a ela fornecido pela queima da biomassa e o trabalho realizado sobre a turbina.
A água na caldeira recebe energia na forma de calor da queima do combustível e libera energia na forma de trabalho realizado sobre a turbina.
Questão 10
(UECE 2021) Em relação às propriedades dos gases, atente para as seguintes afirmações:
I. Para um gás ideal, a energia interna é função apenas da pressão.
II. O calor absorvido por um gás ao variar seu estado independe do processo.
III. A energia interna de um gás ideal é uma função apenas da temperatura e independe do processo.
IV. Numa expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho realizado pelo mesmo é igual ao calor absorvido.
Está correto o que se afirma somente em
a) I e II.
b) III e IV.
c) I e IV.
d) II e III.
III. CORRETA. A energia interna de um gás ideal é uma função apenas da temperatura e independe do processo.
A variação da energia interna se relaciona diretamento com a variação da temperatura.
Onde n é o número de mols e R é a constante ideal dos gases, sendo constantes, apenas a temperatura determina a energia interna do gás.
IV. CORRETA. Numa expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho realizado pelo mesmo é igual ao calor absorvido.
Sendo isotérmica não há variação de temperatura, por isso, a variação da energia interna é zero. Pela primeira lei da termodinâmica:
Aprenda mais com:
- Primeira Lei da Termodinâmica
- Termodinâmica: leis, conceitos, fórmulas e exercícios
- Exercícios sobre termodinâmica
- Lei dos Gases
ASTH, Rafael. Exercícios da primeira lei da termodinâmica. Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-da-primeira-lei-da-termodinamica/. Acesso em: