Noções teóricas importantes

Question 1

O cálculo da variação de energia interna de 1mol de gás ideal a partir da equação dU = −P dV + µdN é possível para:

1. Todos os processos reversíveis.
2. Todos os processos quasi-estáticos.
3. Todos os processos adiabáticos.
4. Todos os processos reversíveis e adiabáticos.
5. Nenhuma das anteriores.

Answer 1

Resposta: 3.

Para o gás ideal, U=U(T) (dU = CvdT), então quando, em dU = TdS - PdV + µdN, TdS=0, quer dizer que estamos a falar de processos adiabáticos (dQ=0).

CvdT = -PdV + µdN

Question 2

Considere uma panela destapada com 1 litro de água a aquecer ao lume em que a temperatura da água passe de Ti = 288 K para Tf = 373 K. Nesse processo a energia transferida para a água por calor Q é igual a:

1. ∆U
2. ∆H
3. ∆G
4. ∆F
5. Nenhuma das anteriores.

Answer 2

Resposta: 2.

A panela está destapada, logo o processo de aquecimento da água ocorre a pressão constante, e a quantidade de energia transferida para a água por calor é dada pela variação da entalpi (H).

Question 3

Considere um sistema que verifica a propriedade de extensividade. Classifique cada uma das seguintes afirmações como verdadeira ou falsa.

1. Só existe uma maneira de definir o potencial químico termodinamicamente.
2. O potencial químico de substâncias puras pode medir-se directamente em laboratório com
   um potenciómetro.
3. Só faz sentido falar em potencial químico quando ocorrem reacções químicas num sistema.
4. O potencial químico de um sistema é a soma dos potenciais químicos de cada uma das partes
   que compõem o sistema.
5. O potencial químico de 2 mol de A é o dobro do potencial químico de uma 1 mol de A.
6. O potencial químico de um sistema composto por uma espécie de partículas é a energia molar
   de Gibbs.
7. O potencial químico é independente de T e P, uma vez que se pode definir como a derivada
   parcial da energia livre de Gibbs em ordem a T e P.
8. Num sistema composto por várias espécies de partículas os potenciais químicos das várias
   espécies não são todos independentes se P e T forem constantes.
9. Os potencias químicos da fase sólida e da fase líquida são iguais ao longo de toda a curva de
   coexistência sólido-liquído.
10. No ponto triplo os potencias químicos das fases sólida, líquida e gasosa são iguais.

Answer 3

1. F
2. F
3. F
4. F
5. F
6. V
7. F
8. V
9. V
10. V

Question 4

O potencial químico pode ser definido como a derivada parcial de qualquer potencial termodinâmico em ordem a N. Verdadeiro ou Falso?

Answer 4

Verdadeiro

Question 5

Todos os processos quasi-estáticos são reversíveis. Verdadeiro ou Falso?

Answer 5

Falso. Todos os reversíveis são quasi-estáticos, mas o contrário não é verdade.

Question 5

Explique porque é que é incorreto afirmar que um determinado sistema termodinâmico contém uma certa quantidade de calor.

Answer 5

Não há uma forma de identificar uma parte da energia interna de um sistema termodinâmico como sendo calor, porque o calor é energia térmica em trânsito de corpos mais quentes para corpos mais frios, ou seja, é um processo de transferência de energia, não a energia em si.

Question 6

O calor específico e a capacidade calorífica molar são propriedades ______________, porque são fruto do quociente entre propriedades ______________ (a capacidade calorífica e m ou n).

Answer 6

intensivas; extensivas

Question 7

∆Uuniverse = ∆U +∆Usurroundings = 0

Verdadeiro ou Falso?

Answer 7

Verdadeiro

Question 8

A máquina de Carnot é a máquina mais eficiente que opera entre dois reservatórios de calor. No entanto, o seu rendimento não é igual a 1, isto é, não há a conversão completa da energia térmica em trabalho. Diga em que condições é que o rendimento na máquina de Carnot seria igual a 1.

Answer 8

Se a temperatura do reservatório frio fosse 0K ou/e se a temperatura do quente tendesse para infinito.

Question 9

Para provar o Teorema de Carnot que duas máquinas é preciso combinar e que enunciado é que é violado como consequência dessa combinação?

Answer 9

Combina-se uma máquina com um rendimento superior ao da máquina de Carnot com uma máquina de Carnot invertida. No fim, o enunciado violado é o de Clausius.

Question 10

O que é um processo isentrópico?

Answer 10

Um processo isentrópico é um processo no qual dS=0, logo, é um outro nome para um processo adiabático.

Question 11

Se a energia térmica transferida como calor for transferida reversivelmente, e equação abaixo pode ser reescrita como?

dU = dQ - PdV

Answer 11

dU = TdS - PdV

Question 12

A entropia está associada ao número de microestados desorganizados compatíveis com um determinado macroestado de equilíbrio. Verdadeiro ou Falso?

Answer 12

Falso. Um maior entropia está associadada a um maior número de microestados, ordenados ou desordenados, compatíveis com um certo macroestado de equilíbrio.

Question 13

Enuncie o Teorema de Nernst.

Answer 13

A variação da entropia em qualquer processo isotérmico reversível tende para zero quando a temperatura do processo tende para o zero absoluto (T = 0K).

Question 14

Porque é que não se pode dizer que o Teorema de Nernst é universal?

Answer 14

Diz-se que não é universal, porque existem sistemas quânticos para os quais o seu estado fundamental é degenerado. Ou seja, nestes casos, a degenerescência do estado fundamental depende de um parâmetro externo X e, assim, como a degenerescência do estado fundamental define a entropia do sistema termodinâmico, esta deixa de ser independente de X quando T = 0K.

Question 15

Enuncie o Teorema da Inatingibilidade de Nernst.

Answer 15

Nenhum processo isentrópico que se inicie a uma temperatura que não é o zero absoluto consegue trazer a temperatura do sistema para o zero absoluto. Isto é, não é possível arrefecer nenhum sistema termodinâmico até T = 0K num número FINITO de processos isotérmicos e isentrópicos. O Teorema não impede, no entanto, que se atinja o zero absoluto seguindo um outro tipo de processos de equilíbrio ou processos de não equilíbrio.

Question 16

Se a temperatura for mantida constante durante um processo termodinâmico que envolve a transferência de energia como trabalho, o trabalho comporta-se como uma função de estado e a energia livre de _________________ pode ser interpretada como sendo o _____________ ____________ _______________ feito pelo ou sobre o sistema.

Answer 16

Helmholtz; trabalho máximo reversível

Question 17

Se T e P forem mantidos constantes, a ___________ ____________ ___ ___________ pode ser interpretada como sendo o trabalho feito pelo (ou sobre) o sistema, exceto o ______________ ____ _____________.

Answer 17

energia livre de Gibbs; trabalho de expansão

Question 18

O potencial químico representa a variação de energia interna associada à transferência de uma partícula de ou para o sistema termodinâmico. Verdadeiro ou Falso?

Answer 18

Verdadeiro

Question 19

O potencial químico está relacionado com o número de partículas da mesma maneira que a temperatura está associada à _____________ ____________ e a pressão com o ______________.

Answer 19

energia interna; volume

(“So, just like energy must change to equalise the temperature, and volume must change to equalise the pressure, the number of particles must change to equalise the chemical potential.” & “In approaching equilibrium, particles flow from parts with high chemical potential to parts with low chemical potential.”)

Question 20

For a multicomponent system with m types of particles, there will be __________ independent intensive variables.

Answer 20

m + 1

Question 21

O número de propriedades intensivas independentes que são precisas para especificar e caraterizar o estado de um sistema termodinâmico é o número de graus de liberdade termodinâmica. Verdadeiro ou Falso?

Answer 21

Verdadeiro

Question 22

Defina transição de fase de primeira ordem e transição de fase de segunda ordem.

Answer 22

• Uma transição de fase de primeira ordem é aquela para a qual pelo menos uma das primeiras derivadas das energias livres de Gibbs e de Helmholtz são descontínuas.
• Uma transição de fase de segunda ordem é aquela para a qual todas as primeiras derivadas das energias livres são contínuas, mas pelo menos uma das suas segundas derivadas são descontínuas.

Question 23

Acima da temperatura crítica, a equação de van der Waals descreve corretamente o comportamento de um fluido real. Verdadeiro ou Falso?

Answer 23

Verdadeiro

Question 24

A equação de van der Waals descreve corretamente o comportamento de um fluido real na região de coexistência líquido-sólido. Verdadeiro ou Falso?

Answer 24

Falso

Question 25

Qualquer fluido com as mesmas pressão e temperatura reduzidas tem o mesmo volume reduzido. Verdadeiro ou Falso?

Answer 25

Verdadeiro

Question 26

Enuncie o princípio dos estados correspondentes.

Answer 26

Substâncias diferentes nos mesmos estados reduzidos comportam-se da mesma forma. Ou seja, substâncias nos mesmos estados reduzidos estão em estados correspondentes.

Question 27

O modelo de van der Waals fornece corretamente o valor de P0 (pressão de vapor). Verdadeiro ou Falso?

Answer 27

Verdadeiro

Question 28

O quociente de compressibilidade universal mede o quê?

Answer 28

Mede o quão o modelo de van der Waals difere no modelo do gás ideal (Z_C=1 significa que os modelos coincidem). No entanto, o seu valor experimental foi calculado como sendo cerca de 0,375.

Question 29

(densidade −densidadeC) ∝ (−t)^beta

Qual é o valor experimental do expoente crítico?

Answer 29

beta = 1/3

Question 30

Resultados experimentais mostram que, na proximidade do ponto crítico, as propriedades termodinâmicas são determinadas por leis de
potência do tipo: : X ∼ t^k, sendo t = (T - TC)/TC. Verdadeiro ou Falso?

Answer 30

Verdadeiro

Question 31

Qual é a fase que minimiza a entalpia?

Answer 31

É a fase líquida.

Question 32

Qual é a fase que maximiza a entropia?

Answer 32

É a fase gasosa.

Question 33

No ponto crítico, o volume da fase gasosa coincide com o volume da fase ___________ e não há distinção entre as duas fases o ________ ___________ desaparece.

Answer 33

líquida; calor latente

Question 34

Qualquer transição de fase de primeira ordem está associada à existência de _________ __________?

Answer 34

calor latente

Question 35

O número de partículas que colide com a superfície é proporcional à ____________ do gás. Segundo van der Waals, a rede de forças atrativas a atuar em cada partícula em qualquer direção é proporcional à _______________ _____ _____________ no seu campo de influência. Assim, a rede de forças atrativas a atuar em cada partícula na superfície do recipiente vai ser proporcional ao _____________ ____ _____________ ____ ______.

Answer 35

densidade; densidade de moléculas; quadrado da densidade do gás.

Question 36

Num elemento de volume dvxdvydvz, todas as posições são equiprováveis. Porquê?

Answer 36

Porque não se estabelecem forças intermoleculares entre as partículas.

Question 37

No modelo do gás real, as partículas interagem com a superfície do recipiente. Verdadeiro ou Falso?

Answer 37

Falso