UEM 2012 (Inverno) — questão 29 de Física

Enunciado em texto
Um balão metereológico que contém gás hélio, que se comporta como um gás ideal, é lançado na atmosfera terrestre a partir do nível do mar. A 10 km de altitude, o volume do gás contido no balão alcança 400 m³, enquanto sua pressão e sua temperatura são as mesmas do ambiente externo, ou seja, N/m² e –23 ºC. Com base nessas informações e nos dados abaixo, assinale o que for correto.
Dados: J/mol.K e kg/mol.
(01) O comportamento físico desse gás pode ser analisado empregando-se a equação de Clapeyron e as leis de Boyle-Mariotte e de Charles e Gay-Lussac.
(02) O número de mols de átomos de gás contido no balão é de aproximadamente 800.
(04) A velocidade média dos átomos do gás no interior do balão, a 10 km de altitude, é de aproximadamente 1.250 m/s.
(08) A energia interna do gás independe da temperatura em que ele se encontra.
(16) A massa de gás hélio contida no balão é de aproximadamente 3,2 kg.
(Enunciado: Vestibular UEM 2012 (Inverno) — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: aplicar a equação de Clapeyron e a teoria cinética ao hélio do balão, a 10 km de altitude.
Passo 1 — temperatura absoluta: K.
(01) Verdadeira. O hélio se comporta como gás ideal: valem e, como casos particulares, as leis de Boyle-Mariotte (isotérmica) e de Charles e Gay-Lussac (isocórica e isobárica).
(02) Verdadeira.
(04) Verdadeira. Pela teoria cinética, a velocidade média quadrática dos átomos é
(A “velocidade média” do ensino médio é essa média quadrática.)
(08) Falsa. A energia interna do gás ideal monoatômico é : depende diretamente da temperatura.
(16) Verdadeira.
⚠️ A armadilha: usar −23 °C direto nas fórmulas. Clapeyron e teoria cinética exigem temperatura em kelvin: 250 K.
A ideia em uma frase: com T em kelvin, pV = nRT dá os mols, e √(3RT/M) dá a velocidade típica das moléculas.
Resposta: soma 23 (01 + 02 + 04 + 16).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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