FísicaENEMBNCC EM13CNT101Difícil⏱ longo

(Dissertativa) Considere 1,0 mol de gás ideal monoatômico (C_v = 3/2·R, C_p = 5/2·R) que realiza o ciclo em…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT101

Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.

Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).

Questão

(Dissertativa) Considere 1,0 mol de gás ideal monoatômico (C_v = 3/2·R, C_p = 5/2·R) que realiza o ciclo em três passos: (1) aquecimento isócorico de T1 = 300 K até T2 = 600 K em V1 = 2,0×10?² m³; (2) expansão isotérmica a T = 600 K de V2 = 2,0×10?² m³ até V3 = 4,0×10?² m³; (3) resfriamento isobárico que retorna ao estado inicial. Calcule (a) as trocas de calor Q em cada passo, (b) o trabalho realizado em cada passo e (c) o trabalho líquido e a eficiência ? do ciclo. Use R = 8,31 J·mol?¹·K?¹.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Solução modelo resumida: Estado 1: p1=nR T1/V1=8,31·300/0,02=1,2465×105 Pa. (1) Isócorico: ?T=300 K, Q1=n C_v ?T=1·(3/2·8,31)·300=3 739,5 J; W1=0. (2) Isotérmico T=600 K V2?V3: W2=nRT ln(V3/V2)=1·8,31·600·ln2=4 986·0,6931=3 456 J; Q2=W2=3 456 J. (3) Isobárico p= p3 = nR·600/0,04 =1,2465×105 Pa; ?T=-300 K, C_p=5/2·8,31=20,775 J/K ? Q3=n C_p ?T= -6 232,5 J; W3=p·?V=1,2465×105·(-0,02)= -2 493 J. Trabalho líquido W_net=0+3 456-2 493=963 J. Calor absorvido Q_in=Q1+Q2=3 739,5+3 456=7 195,5 J. Eficiência ?=W_net/Q_in=963/7 195,5˜0,1339˜13,4%.

Explicação

Os cálculos realizados em cada etapa do ciclo consideram as propriedades termodinâmicas do gás ideal, como calor específico e relações de pressão, volume e temperatura. O trabalho e o calor trocados são determinados pelas condições específicas de cada processo, garantindo a aplicação adequada das fórmulas de termodinâmica. A eficiência do ciclo é obtida pela razão entre o trabalho líquido realizado e o calor absorvido, refletindo a conversão de energia no sistema.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ situacional🧩 desafio

🎯 Conceito central

ciclo termodinâmico

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

ciclos termodinâmicos · gás ideal

📚 Reveja

Revisar as leis da termodinâmica e cálculos de trabalho e calor.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir os conceitos de trabalho e calor, aplicando as fórmulas de forma inadequada em cada etapa do ciclo.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

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