Física2ª sérieBNCC EM13CNT102Difícil⏱ medio

Em uma atividade experimental, estudantes colocaram uma quantidade fixa de gás ideal monoatômico em um…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT102

Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

Em uma atividade experimental, estudantes colocaram uma quantidade fixa de gás ideal monoatômico em um recipiente rígido, fechado e termicamente isolado do ambiente, mas conectado a uma resistência elétrica interna. Inicialmente, a temperatura do gás era de 300 K e a pressão, de 1,0 × 10^5 Pa. Após a resistência fornecer energia ao gás, a temperatura atingiu 360 K e a pressão aumentou, enquanto o volume permaneceu constante. Para a análise, desprezam-se mudanças na energia cinética do recipiente e perdas de energia para o ambiente. Com base no experimento e no modelo de gás ideal, qual conclusão relaciona corretamente a temperatura à energia interna do gás após o aquecimento?

A) A energia interna aumenta com a temperatura, independentemente da pressão.
B) A energia interna diminui com o aumento da pressão.
C) A energia interna permanece constante por não haver troca de massa.
D) A energia interna é igual ao trabalho realizado pelo gás.
E) A energia interna depende apenas do volume do recipiente.

✅ Resposta correta: alternativa A

Resolução passo a passo

Identifique os dados. O gás é ideal e monoatômico, a quantidade de gás é fixa, o recipiente é rígido (volume constante) e o sistema é isolado. A temperatura sobe de 300 K para 360 K e a pressão aumenta. Passo 2: No modelo de gás ideal monoatômico, a energia interna é U = (3/2) n R T, ou seja, depende apenas da temperatura absoluta e da quantidade de matéria. Passo 3: Como n é fixo e T aumenta, a energia interna aumenta. Isso é coerente com o experimento, pois a resistência fornece energia ao gás e a temperatura sobe. Passo 4: Em volume constante, o aumento de pressão decorre do aumento de temperatura (P/T constante), e não causa a variação de U. Por isso a conclusão vale independentemente da pressão, como afirma a alternativa A. Passo 5: Por que as outras estão erradas: B) a energia interna não diminui com a pressão, pois no experimento a pressão e a energia aumentam juntas. C) a energia interna não permanece constante, pois a resistência fornece energia e a temperatura sobe; a ausência de troca de massa não impede a variação de energia. D) como o volume é constante, o trabalho realizado pelo gás é zero, e a energia interna varia por causa do calor recebido, não é igual ao trabalho. E) a energia interna depende da temperatura e da quantidade de gás, e não do volume do recipiente, que aqui nem varia.

💡 Dica: Considere a relação entre temperatura e energia interna.

Alternativa por alternativa

A Correta

Para um gás ideal, a energia interna depende exclusivamente da temperatura, e não diretamente da pressão ou do volume. Como a temperatura aumentou de 300 K para 360 K, a energia interna também aumentou. O fato de a pressão ter variado resulta do aquecimento em volume constante, mas não é a causa fundamental da variação da energia interna.

B Erradaerro: Conceitual

Acredita que maior pressão significa menor energia interna, invertendo a relação entre pressão e energia. Não percebe que, em volume constante, pressão e temperatura crescem juntas.

C Erradaerro: Conceitual

Entende que, como o sistema não troca massa com o exterior, sua energia interna não pode variar. Confunde sistema sem troca de massa com sistema sem troca de energia, ignorando o aquecimento pela resistência.

D Erradaerro: Conceitual

Confunde energia interna com trabalho, supondo que a energia do gás só existe como trabalho realizado sobre o ambiente. Ignora que, com volume constante, o trabalho é nulo e a energia vem do calor recebido.

E Erradaerro: Conceitual

Acha que, por o volume ser constante, ele é o fator que determina a energia interna. Não reconhece que, no modelo de gás ideal, a energia interna depende da temperatura e da quantidade de gás.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Analisar

Leitura medio

Discriminação medio

Peso pedagógico medio

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade dupla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ interpretativa🧩 progressao

🎯 Conceito central

temperatura e energia interna

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

temperatura e energia interna · propriedades dos gases

📚 Reveja

Revisar a relação entre temperatura e energia interna de gases.

⚠️ Erro mais comum

Confundir a relação direta entre temperatura e energia interna, acreditando que a energia interna diminui ou é constante com o aumento da temperatura.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

tomada_decisao

🏫 Contexto

cientifico

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