Energia interna e equilíbrio térmico

Na teoria cinético- molecular, um gás (ideal) é considerado um conjunto de moléculas  em movimento,separadas umas das outras e sem interação entre si.Do ponto de vista energético,podemos dizer que tais moléculas têm, em média, uma energia cinética constante se não houver mudança de temperatura.A energia cinética total de suas moléculas é a energia interna do gás, também chamada energia térmica.

Se duas amostras de um mesmo gás, separadas em dois recipientes por um registro,possuem igual número de moléculas, mas temperaturas iniciais diferentes, as energias cinéticas médias de suas moléculas também são diferentes.

Ao abrir o registro, as moléculas com maior velocidade percorrerão maiores distâncias,invadindo mais rapidamente o outro recipiente, colidindo com as mais lentas e transferindo parte de sua energia cinética.Como resultado desse processo, a energia cinética média das moléculas vai se aproximando de um mesmo valor. É exatamente neste valor comum que consiste o conceito de equilíbrio térmico,segundo a teoria cinético- molecular da matéria.

Temperatura, energia interna e equilíbrio térmico são conceitos que fazem parte da teoria cinético - molecular da matéria e só podem ser compreendidos se considerarmos a ideia de que a matéria é constituída de moléculas em movimento.Para uma determinada substância, o grau de agitação(energia cinética média)de suas moléculas está associado á sua temperatura, e o somatório das energias dessas moléculas corresponde á sua energia interna.

O equilíbrio térmico entre duas substâncias ocorre quando a energia cinética média de suas moléculas é a mesma, ou seja, quando possuem a mesma temperatura.

No estudo gasoso, a energia cinética média das moléculas depende apenas da temperatura do gás.Podemos calcular essa energia cinética média pela expressão:

T é a temperatura em Kelvin, E_{C é a energia cinética média em joules e k,uma constante cujo valor,sistema Internacional(SI),corresponde a} 1,38x10^-23J/k.

Exercícios 

01-  No que consiste a energia interna para a matéria no estado gasoso?

R:No estado gasoso, a energia interna das moléculas é sua energia cinética total.

02-MACKENZIE-SP: No dia 1°de janeiro de 1997, Chicago amanheceu com temperatura de 5°F. Essa temperatura, na escala Celsius, corresponde a:

a) -15°C

b) -10°C

c) -5°C

d) 2°C

e) 8°C

Resposta letra A

03- UEPA: Desejando incentivar o turismo em nossa cidade, uma agencia de turismo está preparando uma página na Internet que, além dos pontos turísticos mais importantes, contém informações relativas ao nosso clima. A versão em inglês da página deve conter a temperatura média de Belém (30°C) na escala Fahrenheit. A temperatura média de Belém, em graus Fahrenheit, é:

a) 50

b) 54

c) 60

d) 86

e) 93 

Resposta letra D

04- FUVEST: A televisão noticia que a temperatura em Nova York chegou aos 104 graus (naturalmente 104°F). Converta para graus Celsius.

a) 44°C

b) 40°C

c) 36°C

d) 30°C

e) 0°C

Resposta letra B

05-FISS-RJ: A menor temperatura registrada até hoje na superfície da Terra ocorreu em 21/07/83 na estação russa de Vostok na Antártida e o seu valor foi de -89°C. Essa temperatura, na escala Kelvin, vale:

a) 173 K

b) 184 K

c) 211 K

d) 271 K

e) 362 K

Resposta letra B

06- Como a teoria do calórico explica o equilíbrio térmico atingindo, após a mistura,

entre duas amostras de água, inicialmente a temperaturas diferentes?

R:Admitindo que uma substância chamada calor ou calórico tenha sido transferido da 
amostra mais quente para a mais fria.

07 A teoria do calórico consegue explicar o processo de aquecimento obtido com o
atrito?Justifique sua resposta.

R:Não; neste caso, o calor está sendo produzido no processo e não transferido de um 
um objeto para outro.

08- Quais as duas hipóteses fundamentais da teoria cinética-molecular da matéria?

a) a matéria é constituída de moléculas;
b) tais moléculas estão em movimento caótico ou desordenado.

09- Como é compreendida a interação entre as moléculas na matéria no estado
gasoso, na teoria cinético-molecular?
R:Um aglomerado de moléculas em movimento caótico tem pouquíssima interação entre si, 
porque elas se chocam em curtos intervalos, ficando separados quase todo o tempo.

10- Como a teoria cinético-molecular da matéria define a temperatura de um gás?

R:A temperatura, segundo esta teoria, é a grandeza que informa o grau de agitação das 
moléculas que formam o gás.