Transformações Gasosas

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1. Um gás encontra-se a uma temperatura de 373K e a uma pressão de 2,5 atm. Supondo que não haja nenhuma variação de volume, qual a nova temperatura do gás se a pressão cair para 1,5 atm?

2. A uma pressão constante se aquece um gás até que seu volume inicial de 142L triplique. Se a temperatura do gás era de 25 °C qual deve ser a temperatura final?

3.  Analise a isoterma abaixo e explique qual transformação gasosa ela representa e calcule o valor da constante de proporcionalidade.

4. Você brincou de encher, com ar, um balão de gás, na beira da praia, até um volume de 1L e o fechou. Em seguida, subiu uma encosta próxima carregando o balão, até uma altitude de 900m, onde a pressão atmosférica é 10% menor que a pressão ao nível do mar. Considerando que a temperatura na praia e na encosta seja mesma, qual será o volume de ar no balão após a subida?

5. A figura ilustra duas transformações de um gás ideal contido num cilindro de paredes adiabáticas (sem transferência de calor). 

Em I, através de uma base diatérmica (que permite a passagem do calor), o gás recebe calor e faz o êmbolo, também construído de material adiabático, subir livremente, aumentando seu volume de Vo a V, atingindo a temperatura T. Nesse estado, a fonte quente é retirada e substituída por um reservatório térmico à mesma temperatura T do gás. 

Em seguida, na transformação II, colocam-se grãos de areia sobre o êmbolo, lentamente, para que o gás possa manter-se em equilíbrio térmico com o reservatório. Nessas condições, o êmbolo baixa até que o gás volte a ocupar o mesmo volume Vo do início.

Considere desprezíveis as variações da pressão atmosférica. Explique qual diagrama PV melhor representa essas duas transformações.

6.   Regina estaciona seu carro, movido a gás natural, ao Sol. Considere que o gás no reservatório do carro se comporta como um gás ideal. Represente a transformação gasosa ocorrida no cilindro através de um gráfico de pressão em função da temperatura. Explique o perfil do gráfico e qual Lei de Transformação Gasosa se aplica no exemplo.

7.     Uma bola de futebol impermeável e murcha é colocada sob uma campânula, num ambiente hermeticamente fechado. A seguir, extrai-se lentamente o ar da campânula até que a bola acabe por readquirir sua forma esférica. Ao longo do processo, a temperatura é mantida constante. Ao final, tratando-se o ar como um gás perfeito, o que acontece com a pressão dentro da bola? Explique.

8.   Imagine uma pessoa desavisada transportando, num dia quente de verão, uma porção de nitrogênio líquido, a 77K, numa garrafa plástica fechada. Como o nitrogênio líquido tende a entrar em equilíbrio térmico com o ambiente (25ºC), mudará de estado físico, transformando-se em um gás. A tendência desse gás é se expandir, podendo provocar uma explosão.

         Admita que: 

I) o nitrogênio rapidamente se transforma em gás ideal; 

II) a pressão interna e a temperatura iniciais desse gás são, respectivamente, 2,0x10⁵ Pa e 78,0 K; 

III) a garrafa utilizada pode suportar uma pressão máxima de 4,0x10⁵ Pa e o volume dessa garrafa não varia até que a explosão ocorra.

        

Diante dessas considerações, qual será a temperatura limite (do gás nitrogênio), em °C, que a garrafa suporta sem explodir? Qual a tua conclusão diante desse resultado?

9. 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 cujo volume interno seja de 150 L 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 x 10⁵ N/m².

a) Com base em conceitos físico-químicos, 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 suba para -3 °C. Determine diferença entre as pressões interna e externa.

10. Um mergulhador que faz manutenção numa plataforma de exploração de petróleo está a uma profundidade de 15 m quando uma pequena bolha de ar, de volume 15mL, é liberada e sobe até a superfície, onde a pressão é a pressão atmosférica (1,0 atm). Considerando a temperatura do ar constante e que a pressão aumenta cerca de 1,0 atm a cada 10 m de profundidade; e o ar da bolha é um gás ideal, qual será o volume da bolha quando ela estiver prestes a chegar à superfície? Estabeleça uma relação entre o volume inicial e final da bolha.

11. Nos manuais de automóveis, na seção que trata da calibragem dos pneus, junto à pressão recomendada, encontramos a seguinte instrução: “os pneus devem ser calibrados enquanto frios”. Qual o motivo da recomendação?

12. Antes de iniciar uma viagem, um motorista cuidadoso calibra os pneus de seu carro, que estão à temperatura ambiente de 27°C, com uma pressão de 30 lb/pol² (libras por polegada quadrada). Ao final da viagem, para determinar a temperatura dos pneus, o motorista mede a pressão dos mesmos e descobre que esta aumentou para 32 lb/pol². Se o volume dos pneus permanece inalterado e se o gás no interior é ideal, qual será o valor da temperatura do ar, em graus Celsius, nos pneus?

13. Em algumas situações de resgate, bombeiros utilizam cilindros de ar comprimido para garantir condições normais de respiração em ambientes com gases tóxicos. Esses cilindros geralmente possuem 9L de ar, a uma pressão interna de 200atm e alimentam máscaras que se acoplam ao nariz. Quando acionados, os cilindros fornecem para a respiração, a cada minuto, cerca de 40 litros de ar, a pressão atmosférica (1atm) e temperatura ambiente. Considerando que a temperatura não varie, a duração do ar de um desses cilindros seria de aproximadamente quantos minutos?

14. Para garantir a dosagem precisa, um medicamento pediátrico é acompanhado de uma seringa. Depois de destampado o frasco de vidro que contém o remédio, a seringa é nele encaixada com seu êmbolo completamente recolhido. Em seguida, o frasco é posicionado de cabeça para baixo e o remédio é então sugado para o interior da seringa, enquanto o êmbolo é puxado para baixo. Como consequência da retirada do líquido, o ar que já se encontrava dentro do frasco, a uma pressão de 1x10⁵ Pa, expande-se isotermicamente, preenchendo o volume antes ocupado pelo remédio.

Ao retirar-se uma dose de 40 mL de líquido do frasco, que continha 100 mL de ar, o êmbolo encontra certa resistência, devido ao fato de a pressão no interior do frasco ter se alterado. Calcule o valor da pressão final dentro do frasco de remédio no instante em que se desencaixa a seringa.

15. Considere um recipiente de 2L preenchido por ar a uma determinada temperatura. É possível transferir esse ar para outro recipiente, cujo volume seja de 1L, sem que haja alteração na temperatura? Justifique.

16. Seja um mol de um gás ideal a uma temperatura de 400 K e à pressão atmosférica P_i. Esse gás passa por uma expansão isobárica até dobrar seu volume. Em seguida, esse gás passa por uma compressão isotérmica até voltar a seu volume original. Qual a pressão ao final dos dois processos?

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