Em uma aula de Física, uma turma utiliza um cilindro com êmbolo móvel contendo um gás ideal. O cilindro é…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma aula de Física, uma turma utiliza um cilindro com êmbolo móvel contendo um gás ideal. O cilindro é fechado, de modo que não há entrada nem saída de gás, e permanece em um ambiente cuja temperatura é mantida constante. Inicialmente, o gás ocupa 2,0 L e exerce pressão de 100 kPa. Em seguida, o êmbolo é deslocado lentamente até que o volume ocupado pelo gás passe a 4,0 L. Com base nas condições descritas, qual será a pressão exercida pelo gás após a expansão?
- A) A pressão final não pode ser determinada.
- B) A pressão final será de 200 kPa.
- C) A pressão final será de 100 kPa.
- D) A pressão final será de 50 kPa.
- E) A pressão final será de 25 kPa.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Identifique o tipo de transformação. O cilindro é fechado (massa de gás constante) e a temperatura é mantida constante, logo a transformação é isotérmica e vale a Lei de Boyle: pressão e volume são inversamente proporcionais (P1 vezes V1 = P2 vezes V2).
- Anote os dados. P1 = 100 kPa, V1 = 2,0 L, V2 = 4,0 L e P2 é a incógnita.
- Substitua na equação: 100 vezes 2,0 = P2 vezes 4,0, ou seja, 200 = 4,0 vezes P2.
- Isole P2: P2 = 200 / 4,0 = 50 kPa.
- Confira pela lógica: o volume dobrou, então a pressão deve cair à metade, o que é coerente com 50 kPa. Logo, a alternativa D está correta e coincide com o gabarito oficial.
- Por que as outras estão erradas: A) a pressão pode sim ser determinada, pois a temperatura constante e a massa fixa permitem usar a Lei de Boyle; B) 200 kPa seria o resultado de multiplicar a pressão pela razão de volumes, o que vai no sentido contrário da lei; C) 100 kPa exigiria pressão constante, o que não ocorre numa expansão isotérmica; E) 25 kPa resultaria de aplicar a razão de volumes duas vezes, o que não corresponde à relação entre P e V.
💡 Dica: Considere a lei de Boyle para gases ideais.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que faltam dados, como a temperatura ou a quantidade de gás, para calcular a pressão final. Ele não percebe que o enunciado já informa que a temperatura é constante e o cilindro é fechado.
Por que engana: Confundir a relacao inversa entre pressao e volume, pensando que ambos aumentam juntos.
O aluno inverte a proporcionalidade e multiplica a pressão pela razão de volumes (4,0 / 2,0 = 2), como se a pressão aumentasse junto com o volume. Ele não aplica corretamente a relação inversa da Lei de Boyle.
O aluno supõe que a pressão permanece constante porque o gás está num recipiente fechado ou porque o êmbolo se move. Ele confunde a transformação isotérmica com uma transformação isobárica.
Como a quantidade de gás e a temperatura permanecem constantes, aplica-se a lei de Boyle: p₁V₁ = p₂V₂. Assim, 100 kPa × 2,0 L = p₂ × 4,0 L, resultando em p₂ = 50 kPa. Portanto, a pressão e o volume são inversamente proporcionais nessas condições.
O aluno divide a pressão por 4 em vez de por 2, aplicando a razão de volumes duas vezes ou usando o quadrado da razão. Ele erra o método, pois a relação entre P e V é de proporção inversa simples.
Raio-X da questão
pressão e volume de gás
avaliacao
leis dos gases ideais · relacao inversa pressao volume
Revisar a lei de Boyle e suas aplicações.
Confundir a relacao inversa entre pressao e volume, pensando que ambos aumentam juntos.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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