Gases e
Transformações

Uma caixa térmica rígida e hermeticamente fechada contém 1 mol de ar a 27 °C e 1 atm. Se 100 g de mercúrio a 327 °C forem injetados na caixa, calcule a pressão e a temperatura do ar após o equilíbrio térmico. Despreze a capacidade térmica da caixa e a variação de volume do ar com a injeção do mercúrio. Dados: calor molar do ar a volume constante = 21 J/(mol·K); calor específico do mercúrio líquido = 0,14 J/(g·K).

Um extintor cilíndrico contendo CO₂ possui pressão interna inicial de 200 atm. Com o tempo, parte do gás escapa. Quando a pressão interna chegar a 160 atm, qual porcentagem da massa inicial de gás terá escapado? Considere temperatura constante, volume fixo e comportamento de gás ideal.

Uma sala tem 6 m de largura, 10 m de comprimento e 4 m de altura. Deseja-se refrigerar o ar da sala. Considere o calor específico molar do ar igual a 30 J/(mol·K), R=8 J/(mol·K) e pressão ambiente P=1,0×10⁵ Pa. a) Quantos mol de gás existem na sala a 27 °C? b) Qual quantidade de calor deve ser retirada para resfriar o ar até 17 °C?

O volume interno de um cilindro de comprimento L=20 cm é dividido por um êmbolo condutor térmico que se move sem atrito. À esquerda há 1 mol e à direita 3 mol de um gás ideal. Determine a posição de equilíbrio do êmbolo em relação à extremidade esquerda.

Um recipiente rígido contém gás ideal sob pressão de 3 atm. Mantendo a temperatura constante, retiram-se 4 mol do gás e a pressão cai para 1 atm. Quantos mol havia inicialmente?

Um gás, inicialmente a 16 °C, volume V₀ e pressão P₀, sofre uma descompressão e depois é aquecido. No estado final, volume e pressão são 10% maiores que os valores iniciais. Determine a temperatura final, em °C.

Coloca-se água em uma lata aberta e ela é aquecida até que o interior fique preenchido por vapor. A lata é tampada, retirada do fogo e resfriada com água fria, contraindo-se bruscamente. A contração ocorre porque:

Um gás ideal, inicialmente a 320 K e volume 22,4 L, sofre expansão a pressão constante até 480 K. A massa do gás não muda. Calcule: a) a variação do volume; b) o coeficiente de dilatação volumétrica no início da transformação.

As mudanças de pressão do ar ao entrar ou sair dos pulmões podem ser tratadas como isotérmicas. Ao inspirar, a pressão intrapulmonar diminui no máximo 0,75%. Para 0,60 L de ar inicialmente a 740 mmHg, a variação máxima de volume é aproximadamente:

Uma panela é aquecida de 25 °C a 100 °C. A pressão inicial é P₀ e o volume permanece constante. Podemos afirmar que:

Pneus foram calibrados a 17 °C com pressão de 1,7×10⁵ Pa. Após uma hora, a temperatura chega a 37 °C e o volume pode ser considerado constante. A pressão aproximada será:

Um cilindro contém massa M₀ de gás a 7 °C (280 K) e pressão P₀. Uma válvula libera gás sempre que a pressão tenta ultrapassar P₀. Ao aquecer o cilindro até 77 °C (350 K), mantendo P=P₀ e V constante, a massa que permanece é aproximadamente:

Um cilindro é fechado por um êmbolo sem atrito e contém gás ideal. A 30 °C, a altura de equilíbrio é h=20 cm. Mantidas as demais condições, a temperatura passa a 60 °C. Aproximadamente quanto h varia?

Ar a 27 °C entra em um secador de cabelos e sai a 57 °C, voltando para o ambiente. Para a mesma massa de ar e aproximadamente à mesma pressão, determine a razão V_saida/V_entrada.

No inverno do Alasca, a −23 °C, um balão tem volume de 30 L. No verão, a temperatura chega a 27 °C. Supondo mesma pressão e mesma quantidade de gás, qual o inteiro mais próximo do volume no verão?

Um balão de ar quente tem massa de 400 kg (estrutura + três passageiros), envelope de 1500 m³ e opera ao nível do mar. Considere densidade do ar externo a 27 °C igual a 1,2 kg/m³ e g=10 m/s². a) Qual massa de ar caberia no envelope a 27 °C e pressão atmosférica? b) Qual a massa de ar no envelope a 127 °C, na mesma pressão? c) Qual a aceleração inicial do conjunto nas condições do item b), desprezando o empuxo sobre as partes sólidas?

Um frasco de 50 mL contém 35 mL de medicamento; o restante é ar. Retiram-se 10 mL de medicamento sem entrada ou saída de ar, mantendo a temperatura constante. A pressão final do ar, em relação à inicial, fica:

Uma placa absorve radiação solar a 400 W/m². Durante 1,0 min, uma placa de 2 m² aquece 6,0 kg de ar, cujo calor específico é 1000 J/(kg·°C). a) Qual a variação de temperatura? b) A densidade do ar a 290 K é 1,2 kg/m³. Para número fixo de mol e pressão constante, qual a densidade a 300 K?

Um gás está confinado por um êmbolo de massa 12 kg e área 60 cm². Na situação A, a coluna de gás tem 20 cm. O cilindro é invertido, mantendo a temperatura constante. Com P_atm=1,0×10⁵ Pa e g=10 m/s², qual afirmação é correta?

Um gás ideal a 27 °C está sob um êmbolo de peso P. Coloca-se sobre ele um peso adicional 2P e o gás é aquecido a 127 °C. Despreze a pressão atmosférica. Se V é o volume inicial, o volume final é:

Um botijão contém 13 kg de gás liquefeito. Um mol desse gás tem massa aproximada de 52 g. Se todo o conteúdo fosse usado para encher um balão a 1 atm e 300 K, com R=8,3 J/(mol·K) e 1 atm≈1,0×10⁵ Pa, o volume seria aproximadamente:

Uma bomba de bicicleta contém ar a 1,0×10⁵ Pa e será usada em um pneu a 3,0×10⁵ Pa. O comprimento útil da bomba é 42 cm. O êmbolo é empurrado lentamente e o processo é isotérmico. Qual deslocamento d ocorre até o ar começar a entrar no pneu?

Uma baleia tem massa 1,50×10⁵ kg e volume 1,35×10² m³ com os pulmões vazios. Considere densidade da água do mar 1,0×10³ kg/m³. a) Calcule o volume máximo da baleia para que ainda possa submergir sem esforço. b) Calcule a variação percentual de volume. c) Uma baleia enche rapidamente os pulmões com ar a 7 °C e 1,0×10⁵ Pa. Após o ar atingir 37 °C, admita que o volume pulmonar permaneça constante durante esse aquecimento. Qual a pressão final?

Um freezer vertical tem porta de 0,60 m × 1,0 m, volume interno de 150 L e temperatura interna de −18 °C, em ambiente a 27 °C e pressão de 1,0×10⁵ Pa. a) Explique por que é difícil abrir a porta logo após fechá-la e por que, após alguns instantes, ela volta a abrir com facilidade. b) Depois de a porta ficar aberta tempo suficiente para o ar interno ser substituído por ar a 27 °C, ela é fechada. Num curtíssimo intervalo, a temperatura média do ar interno cai para −3 °C. Determine a força resultante sobre a porta.

Para registrar digitalmente o item (a), selecione a síntese que corresponde à sua explicação no caderno:

Uma bola contém 5500 cm³ de ar a 1,0 atm. Durante um choque, seu volume cai para 5000 cm³, sem variação de temperatura. A pressão instantânea passa a ser:

Um cilindro rígido de 25 L contém gás a 4 atm e 227 °C. A válvula é aberta até a pressão cair a 1 atm; então gás e cilindro estão a 27 °C. Considere o volume do gás que escapou medido nas condições finais de 1 atm e 27 °C. Esse volume é:

Uma garrafa rígida contém 25 L de oxigênio a 40 atm, em equilíbrio térmico com o ambiente. Chama-se volume disponível o volume que o gás ocuparia a 1 atm na mesma temperatura. Esse volume é:

Um barco naufragado está a 90 m de profundidade. Um balão de volume constante recebe 20 000 mol de ar. À medida que o barco sobe, uma válvula libera ar para manter o volume inalterado. Considere a temperatura do ar aproximadamente constante. Na superfície, a pressão é 1 atm e, no mar, aumenta 1 atm a cada 10 m. Ao chegar a 10 m, qual porcentagem do ar inicial permanece no balão?

Uma bomba tem curso de 30 cm e área do pistão 24 cm². Quando totalmente puxada, o ar na bomba está a 1 atm. Um pneu de 2,4 L já está a 3 atm. O êmbolo é comprimido até o fim. Considere processo isotérmico, volume do pneu constante e volume do tubo desprezível. A pressão final do pneu é aproximadamente:

Um cilindro com gás ideal a 300 K é vedado por um êmbolo pesado. O volume é V₀ e a pressão exercida pelo peso do êmbolo e pela coluna de ar acima é 12 N/cm². A temperatura sobe para 350 K e o gás se expande. Em seguida, mantendo 350 K, aplica-se força adicional F para o gás voltar a V₀. a) Qual a pressão final? b) Se a área do pistão é 225 cm², qual F?

Uma bolha de ar parte de 2,0 m de profundidade e aumenta seu volume em 40% ao chegar à superfície. A temperatura é constante, ρ_água=1,0×10³ kg/m³, g=10 m/s² e efeitos de tensão superficial são desprezíveis. a) Qual a variação da pressão do ar na bolha durante a subida? b) Qual a pressão atmosférica na superfície?

Calibra-se um pneu a 30 psi usando nitrogênio a 27 °C. Adote 1 polegada=2,5 cm, 1 libra-força=5,0 N e R=8,0 J/(mol·K). a) Converta a pressão para Pa. b) Faça uma estimativa razoável do volume do pneu e, com ela, estime o número de mol de N₂ contido no pneu. c) Se o pneu chega a 57 °C, com volume constante, qual a variação percentual da pressão?

Como o item (b) pede uma estimativa, a correção digital aceita volumes entre 15 L e 35 L, desde que a quantidade de matéria informada seja consistente com o volume escolhido.

Em recipiente rígido, 200 g de um gás ideal estão a 2,0 atm e 27 °C. Liberam-se 50 g. A pressão do gás remanescente passa a 1,4 atm. Qual a temperatura final?

Pneus são calibrados a 30 lb/pol² numa manhã a 12 °C. Durante o dia, a temperatura chega a 27 °C. Admitindo volume constante, para manter a mesma pressão deve-se:

Um cilindro de mergulho de 12 L contém ar a 200 atm e 27 °C. Um regulador fornece ar a 3 atm, e a vazão média aspirada é 5 L/min. Considere temperatura constante e R=0,08 atm·L/(mol·K). Calcule: a) o número de mol no cilindro no início; b) o tempo de duração segundo o modelo idealizado do problema, em que o conteúdo é convertido ao volume equivalente a 3 atm.

Um cilindro de O₂ de 60 L contém inicialmente gás a 100 atm e 300 K. Um redutor fornece O₂ a 3 atm, na mesma temperatura, com fluxo de 5 L/min. Considere R=8×10⁻² L·atm/(mol·K). Determine: a) o número inicial de mol; b) o número de mol consumidos em 30 min; c) o tempo de uso, em horas, até a pressão interna cair a 40 atm.

Um cilindro contém massa M₀ de gás a 280 K e pressão P₀. Uma válvula mantém a pressão em P₀ liberando gás quando necessário. Ao aquecer a 350 K, com volume constante, a massa restante é aproximadamente:

Um cilindro de 2,0 L é dividido por uma parede móvel fina. À esquerda há 1,0 mol e à direita 2,0 mol do mesmo gás ideal, a 300 K. Adote R=0,080 atm·L/(mol·K). a) Qual o volume do lado esquerdo no equilíbrio? b) Qual a pressão comum aos dois lados?

Um cilindro de comprimento 1,5 m, com base inferior boa condutora de calor, permanece semi-imerso em um tanque. Um pistão de massa desprezível e isolante térmico pode mover-se sem atrito. Inicialmente, com ar e líquido a 27 °C, o cilindro está aberto; depois é fechado e o líquido é aquecido, deslocando o pistão conforme a figura. A câmara superior A permanece a 27 °C. Determine: a) a pressão final na câmara A; b) a temperatura final do líquido.

Dois balões de vidro, A e B, têm volumes de 3 L e 1 L. A contém hidrogênio a 1,6 atm e B está evacuado. Abre-se a torneira que os conecta e a temperatura retorna ao valor inicial. Qual a pressão final aproximada, em Pa? Considere 1 atm=1,0×10⁵ Pa.