Resolução aula 1. Aula 1

Transcrição

1 Rsolução aula 1 Aula 1 1. (Ufjf-pism ) O gráfico abaixo mostra a variação da tmpratura d um corpo d 20 g m função da quantidad d calor a l forncida. Durant o procsso, o corpo sofr uma transição d fas, passando do stado sólido para o stado líquido. Assinal a altrnativa CORRETA: a) a fusão do corpo ocorrrá a 100 C s a sua massa for d 40 g. b) o calor latnt d fusão do corpo é d 10 cal g. c) a 100 C, srá iniciada, ncssariamnt, uma nova transição d fas. d) o calor latnt d fusão do corpo é d 5 cal g. ) a fusão do corpo ocorrrá a 50 C somnt s sua massa for d 40 g. 2. (Upg 2017) Em rlação à ára da física chamada Trmologia, assinal o qu for corrto. 01) No intrior d um calorímtro com pards adiabáticas com calor spcífico dsprzívl, ncontra-s 100 g d água a uma tmpratura d 50 C. São dspjados 10 g d glo a 0 C dntro do calorímtro. Considrando qu o procsso ocorr ao nívl do mar, podmos afirmar qu a tmpratura no intrior do calorímtro, após atingir o quilíbrio térmico, é 45 C. 02) Numa crta scala trmométrica, ao zro da scala Clsius corrspond o valor 32 ao 100 corrspond o valor 232. Quando a tmpratura na scala Clsius for d 25 C, o valor corspondnt na outra scala srá ) Podmos intrprtar a tmpratura como uma mdida do stado d agitação das partículas d um corpo. 08) O intrior d um automóvl aquc quando o dixamos xposto aos raios solars m virtud das radiaçõs visívis pntrarm através dos vidros as radiaçõs infravrmlhas tndrm a ficar aprisionadas no intrior do automóvl. 16) O fato d o volum da água diminuir quando sua tmpratura varia d 0 C a 4 C, faz com qu no invrno, uma camada da suprfíci d um lago fiqu conglada, nquanto abaixo dssa camada d glo xista água na fas líquida.

2 3. (Um 2016) Uma massa d 1000 g d água é mantida m um calorímtro idal d massa dsprzívl. Considr o calor spcífico da água como sndo 1,0 cal / g C, o calor latnt d fusão da água como sndo 80 cal / g, assinal a(s) altrnativa(s) corrta(s). 01) Calor é adicionado continuamnt à razão d 100 cal / s. S a tmpratura inicial da água é d 20 C, após 4 minutos sta tmpratura srá d 44 C. 02) Quando a água no intrior do calorímtro stá a 20 C, um cubo d alumínio d massa 100 g d tmpratura 71 C é submrso na msma. Após atingir o quilíbrio térmico, a tmpratura do sistma bloco água é d 46 C. Considr o calor spcífico do alumínio como sndo 0,2 cal / g C. 04) Para qu toda a água no intrior do calorímtro sja conglada a uma tmpratura d 0 C dv-s rtirar 90 kcal do sistma. Considr qu a água inicialmnt stava a uma tmpratura d 10 C. 08) A capacidad térmica é a quantidad d calor qu s dv forncr a 1,0 g d uma dtrminada substância para qu a sua tmpratura s lv m 1,0 C. 16) O calor spcífico é a quantidad d calor qu um corpo ncssita rcbr ou cdr para qu a sua tmpratura vari uma unidad 4. (Ufrgs 2017) Qualqur substância pod sr ncontrada nos stados (ou fass) sólido (S), líquido (L) ou gasoso (G), dpndndo das condiçõs d prssão (p) tmpratura (T) a qu stá sujita. Esss stados podm sr rprsntados m um gráfico p T, conhcido como diagrama d fass, como o mostrado na figura abaixo, para uma substância qualqur. As rgiõs d xistência d cada fas stão idntificadas por (S), (L) (G) os pontos a, b, c d indicam quatro stados distintos d (p, T). Considr as sguints afirmaçõs. I. A substância não pod sublimar, s submtida a prssõs constants maiors do qu p. a II. A substância, s stivr no stado b, pod sr vaporizada por

3 transformaçõs isotérmicas ou isobáricas. III. A mudança d stado c d é isobárica conhcida como solidificação. Quais stão corrtas? a) Apnas I. b) Apnas II. c) Apnas III. d) Apnas I III. ) I, II III. 5. (Fgvrj 2015) A água d uma piscina tm 2,0 m d profundidad suprfíci com 2 50 m d ára. S a intnsidad da radiação solar absorvida pla água 2 dssa piscina for igual a 800 W/m, o tmpo, m horas, para a tmpratura da água subir d 20 C para 22 C, por fito dssa radiação, srá, aproximadamnt, igual a: Dados: 3 dnsidad da água 1g / cm ; calor spcífico da água 1cal / g C; 1cal 4 J. a) 0,8 b) 5,6 c) 1,6 d) 11 ) 2,8 6. (Ufsm 2015) Em 2009, foi construído na Bolívia um hotl com a sguint pculiaridad: todas as suas pards são formadas por blocos d sal cristalino. Uma das caractrísticas físicas dss matrial é sua condutividad térmica rlativamnt baixa, igual a 6 W / (m C). A figura a sguir mostra como a tmpratura varia através da pard do prédio. Qual é o valor, m 2 W / m, do módulo do fluxo d calor por unidad d ára qu atravssa a pard?

4 a) 125. b) 800. c) d) ) (Unsp 2016) O topo da montanha é glado porqu o ar qunt da bas da montanha, rgiõs baixas, vai sfriando à mdida qu sob. Ao subir, o ar qunt fica sujito a prssõs mnors, o qu o lva a s xpandir rapidamnt, m sguida, a s rsfriar, tornando a atmosfra no topo da montanha mais fria qu a bas. Além disso, o principal aqucdor da atmosfra é a própria suprfíci da Trra. Ao absorvr nrgia radiant mitida plo Sol, la squnta mit ondas ltromagnéticas aqucndo o ar ao su rdor. E os raios solars qu atingm as rgiõs altas das montanhas incidm m suprfícis qu absorvm quantidads mnors d radiação, por srm inclinadas m comparação com as suprfícis horizontais das rgiõs baixas. Em grands altituds, a quantidad d nrgia absorvida não é suficint para aqucr o ar ao su rdor. ( Adaptado.) Sgundo o txto conhcimntos d física, o topo da montanha é mais frio qu a bas dvido a) à xpansão adiabática sofrida plo ar quando sob ao fato d o ar sr um bom condutor d calor, nãortndo nrgia térmica sfriando. b) à xpansão adiabática sofrida plo ar quando sob à pouca irradiação rcbida da suprfíci montanhosa próxima a l. c) à rdução da prssão atmosférica com a altitud ao fato d as suprfícis inclinadas das montanhas impdirm a circulação do ar ao su rdor, sfriando-o. d) à transformação isocórica pla qual passa o ar qu sob à pouca irradiação rcbida da suprfíci montanhosa próxima a l.

5 ) à xpansão isotérmica sofrida plo ar quando sob à ausência do fnômno da convcção qu aqucria o ar. 8.(Epcar (Afa) 2017) Um sistma trmodinâmico constituído d n mols d um gás prfito monoatômico dsnvolv uma transformação cíclica ABCDA rprsntada no diagrama a sguir. D acordo com o aprsntado pod-s afirmar qu a) o trabalho m cada ciclo é d 800 J é ralizado plo sistma. b) o sistma trmodinâmico não pod rprsntar o ciclo d uma máquina frigorífica uma vz qu o msmo stá orintado no sntido anti-horário. c) a nrgia intrna do sistma é máxima no ponto D mínima no ponto B. d) m cada ciclo o sistma libra 800 J d calor para o mio ambint. 9. (Up-ssa ) As máquinas térmicas são capazs d convrtr calor m trabalho. Elas funcionam m ciclos utilizam duas fonts d tmpraturas difrnts: uma qunt, d ond rcb calor, uma fria, para ond o calor rjitado é dircionado. A rspito das máquinas térmicas, é important sabr qu las não transformam todo o calor m trabalho, ou sja, o rndimnto d uma máquina térmica é smpr infrior a 100%. Font: Acssado m 15 d julho d (Adaptado) Um squma d máquina térmica ficint é mostrado na figura a sguir: No qu diz rspito à máquina rprsntada, assinal a altrnativa CORRETA. a) Ela é idal. b) Pod funcionar como squmatizada, uma vz qu não viola as Lis da Trmodinâmica.

6 c) Só pod funcionar ntr ssas tmpraturas, s o calor rjitado for igual a 12 kj. d) Trabalha abaixo da ficiência d Carnot. ) Não pod funcionar da forma squmatizada. 10. (Pucpr 2017) Considr um rcipint d vidro com crto volum d mrcúrio, ambos m quilíbrio térmico numa dada tmpratura θ 0, conform mostra a figura a sguir. O conjunto, rcipint d vidro mrcúrio, é colocado num forno à tmpratura θ, com θ θ 0. Sjam os coficints d dilatação volumétrica do vidro do mrcúrio iguais, rspctivamnt, a 1,2 10 C 1,8 10 C. D quantas vzs o volum do rcipint dv sr maior qu o volum inicial d mrcúrio, para qu o volum vazio do rcipint prmança constant a qualqur tmpratura? a) 11. b) 12. c) 13. d) 14. ) 15. Gabarito 1.D E 5.B 6.D 7.B 8.D 9.E 10.E Rsposta da qustão 1: [D] [A] Falsa. O gráfico nos mostra qu a fusão acontc à 50 C, ssa tmpratura indpnd da massa do matrial. [B] Falsa. O calor latnt d fusão L é dado por: Q L, m d calor usado na fusão m é a massa do matrial. Q cal cal L L L 5 m 20 g g ond Q é a quantidad

7 [C] Falsa. A 100 C não é possívl dfinir s há mais uma mudança d fas, pois dvria, para tanto, havr uma variação da inclinação da curva. [D] Vrdad. Rvr o cálculo da altrnativa b). [E] Falsa. Conform a altrnativa a), a tmpratura d fusão não dpnd da massa. Rsposta da qustão 2: = 30. [01] Falsa. O quilíbrio térmico é atingido quando o somatório d todos os calors nvolvidos for nulo. Q 0 Q1 Q3 0 Q1 calor snsívl cdido pla água qunt para o glo para a água rsultant da sua fusão; calor latnt d fusão do glo; Q3 calor snsívl rcbido pla água fria da fusão. m c T T m L m c T 0 0 água f i glo f glo f cal cal cal 100 g1 Tf 50 C 10 g g 1 Tf 0 0 g C g g C cal 4200 cal 110 Tf 4200 cal Tf Tf 38,2 C C cal 110 C [02] Vrdadira. A corrspondência das scalas srá: C 0 X 32 C X 32 X 32 C X 2C Assim, para a tmpratura m Clsius dada: X X 82 [04] Vrdadira. [08] Vrdadira. [16] Vrdadira. Fnômno chamado d dilatação anômala da água. Rsposta da qustão 3: = 05. [01] Vrdadiro. Primiro utilizamos os valors forncidos no itm [01] para sabr qual a quantidad d calor qu l ncssita, ncontrando assim cal (conform cálculos abaixo), m sguints utilizamos a quação Q mcδθ para vr s o valor ncontrado sria o msmo. Como o valor foi igual, dssa forma a altrnativa é vrdadira.

8 100 cal 1s Q 4 60 s Q cal Q mcδθ Q (44 20) Q cal [02] Falso. Q Q 1 2 (mc Δθ) (mc Δθ) ( θ 20) 100 0,2 ( θ 71) ( θ 20) 1 0,2 ( θ 71) 10θ 200 0,2θ 14,2 9,8θ 185,2 θ 19C [04] Vrdadiro. Q mcδθ 1 Q (0 10) Q cal ml 1000 ( 80) cal Q cal Q1 90 kcal [08] Falso. A capacidad térmica da água é a quantidad d calor qu s dv forncr a 1,0 g d uma dtrminada substância para qu a sua tmpratura s lv m 1,0 C. [16] Falso. O calor spcífico é a quantidad d calor qu um grama d um corpo ncssita rcbr ou cdr para qu a sua tmpratura vari um grau Clsius. Rsposta da qustão 4: [E] Anális das afirmativas: [I] Vrdadira. Para a substância sublimar la dv passar dirto do stado sólido para o stado gasoso. Isto somnt ocorr quando tivrmos uma prssão mnor qu a prssão indicativa do ponto triplo, qu no caso é p A.

9 [II] Vrdadira. A vaporização é a passagm do stado líquido para o gasoso, sndo possívl, como mostra a figura abaixo por procssos isotérmicos ou isobáricos. [III] Vrdadira. A solidificação é a passagm do stado líquido para o sólido rprsntado plo procsso isobárico c d. Rsposta da qustão 5: [B]

10 Dados: I 800 W/m ; A 50 m ; h 2 m; d 1 g/cm 10 kg/m ; 1 cal 4 J; c 1 cal/g C 4 J/g C; Δθ C. Calculando a massa d água: V A h m m d m d A h kg m 10 g. d Ah V Calculando a potência absorvida: P 4 I P I A P 4 10 W. A Aplicando a dfinição d potência a quação do calor snsívl: Q 8 4 P Q PΔt mcδθ Δt PΔt m c Δθ Δt 2 10 s h P Q m c Δθ Δt 5,6 h. Rsposta da qustão 6: [D] D acordo com a quação d Fourir, o fluxo Φ por unidad d ára (A) é: Φ k ΔT Φ W/m. A Δx 0,25 0,15 0,1 A Rsposta da qustão 7: [B] D acordo com o txto, o ar, ao subir, fica sujito a mnors prssõs, xpandindo sm troca d calor (xpansão adiabática). Nssa xpansão, ss ar sofr rsfriamnto. Além disso, as ncostas íngrms das montanhas rcbm os raios solars d forma muito inclinada absorvndo pouco radiação, não aqucndo o ar atmosférico ao rdor. São sss os fators prpondrants para a formação d glo no topo d altas montanhas. Rsposta da qustão 8: [D] Dv-s notar qu o ciclo é anti-horário qu o volum stá xprsso m litro 3 3 (1L 10 m ), tratando-s d um ciclo rfrigrador. O trabalho (W) rcbido a cada ciclo é calculado pla ára intrna do ciclo:

11 3 5 W W 800 J. Como numa transformação cíclica a variação da nrgia intrna é nula, aplicando a primira li da trmodinâmica ao ciclo, vm: Q U W Q Q 800 J. O sinal ngativo indica calor librado para o mio ambint. Rsposta da qustão 9: [E] Anális das altrnativas: [A] Falsa. Sria idal s o rndimnto foss igual a 100%, o qu não é possívl, pois a font fria dvria sofrr um rsfriamnto a 0 Klvin, impossívl para um sistma físico. [B] Falsa. Para dtrminar s a máquina pod funcionar como o squma, dvmos tstar o rndimnto quando usamos as tmpraturas quando usamos o calor trocado, com as quaçõs: T Q η 1 1 T Q Usando as tmpraturas absolutas: η 2 Usando os calors trocados: η 1 T η 0,7 70% T Q 8 kj 1 1 η 0,8 80% Q 40 kj Logo, não é possívl qu a máquina térmica funcion com ss squma dvido a inconsistência dos valors do rndimnto muito alto quando comparado com outras, como por xmplo: motors d automóvis m média 22%, motors a disl m torno d 25% turbinas a gás m média d 33%. [C] Falsa. Nst caso, o rndimnto usando os calors, sria: 12 kj η 1 1 η 0,7 70% Q 40 kj 1 Contudo ainda tmos um rndimnto considrado absurdo para máquinas térmicas rais, m qu o máximo possívl stá por volta dos 40%. [D] Falsa. Plos cálculos dos rndimntos, nota-s qu stão bm acima da ficiência do ciclo d Carnot. [E] Vrdadira. Conform constatado no itm [B]. Rsposta da qustão 10: [E]

12 As quaçõs qu rprsntam as dilataçõs volumétricas do vidro do mrcúrio são: ΔVvidro V0,vidro αvidro ΔT 1 ΔV V α ΔT 2 Hg 0,Hg Hg As dilataçõs volumétricas tanto do vidro como do mrcúrio dvm sr iguais para prmancr o volum d vazios constants, portanto: ΔV ΔV 3 vidro Hg Igualando as duas quaçõs simplificando as variaçõs d tmpratura: V α ΔT V α ΔT 4 0,vidro vidro 0,Hg Hg Fazndo a razão ntr os volums iniciais substituindo os coficints d dilatação volumétrica para cada matrial, tmos: V0,vidro αhg V0,Hg αvidro 5 V 4 1 0,vidro 1,8 10 C V0,vidro 15 V 5 1 0,Hg 1,2 10 C V0,Hg