PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 20 do IME 2024

Dois gases perfeitos, G_1 e G_2, estão contidos em recipientes rígidos, separados por um êmbolo que se move sem atrito por um tubo longo de área de seção transversal S, conforme a figura. Cada um dos gases possui volume inicial V, a uma temperatura de 27\ ^\circ\text{C}. Considere a seguinte transformação isobárica do conjunto: a temperatura de G_1 aumenta 100\ ^\circ\text{C} e a de G_2 diminui 100\ ^\circ\text{C}. A expressão que representa o deslocamento x do êmbolo até o novo ponto de equilíbrio é:
- A2V/(3S)
- B3V/(2S)
- CV/(2S)
- DV/(3S)
- EV/(6S)
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Resolução comentada
O êmbolo se move sem atrito e está em equilíbrio, então a pressão dos dois gases é sempre a mesma. Como a transformação é isobárica, cada gás obedece a V/T = \text{constante} (Charles), com temperatura em kelvin.
Temperatura inicial: 27\ ^\circ\text{C} = 300\ \text{K}.
- G_1 esquenta 100\ ^\circ\text{C}: T_1 = 400\ \text{K}. Então \dfrac{V_1}{400}=\dfrac{V}{300}, logo V_1=\dfrac{4V}{3}.
- G_2 esfria 100\ ^\circ\text{C}: T_2 = 200\ \text{K}. Então \dfrac{V_2}{200}=\dfrac{V}{300}, logo V_2=\dfrac{2V}{3}.
Conferindo: V_1+V_2 = 2V, o volume total se conserva, pois os recipientes são rígidos.
O êmbolo se desloca para a direita (o gás G_1 se expande). A variação de volume de G_1 é:
Como \Delta V_1 = S\,x:
Alternativa D.
Por que as outras alternativas estão erradas
- Ausa 2V/3, que é o volume final de G_2, em vez da variação de volume V/3.
- Bnão corresponde a nenhuma etapa da lei de Charles; valor sem sentido físico.
- Cvem de tratar a variação de temperatura como se fosse simétrica em volume, ignorando que T_1\neq T_2 em kelvin.
- Evalor sem origem na conta; erra a razão entre as temperaturas.
Assuntos: transformação isobárica, lei de Charles, gases perfeitos.
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Fonte: IME 2024 · Prova objetiva. Prova oficial ↗