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1 1. Um cilindro com pistão, contendo uma amostra de gás ideal, comprime a amostra de maneira que a temperatura, tanto do cilindro com pistão quanto da amostra de gás ideal, não varia. O valor absoluto do trabalho realizado nessa compressão é de 400 J. Sobre o exposto, assinale o que for correto. 01) O trabalho é positivo, pois foi realizado sobre o gás. 02) A transformação é denominada adiabática. 04) A energia interna do gás aumentou, pois este teve seu volume diminuído. 08) O gás ideal cedeu uma certa quantidade de calor à vizinhança. 16) A quantidade de calor envolvida na compressão de gás foi de 200 J. 2. No alto de uma montanha a 8 ºC, um cilindro munido de um êmbolo móvel de peso desprezível possui 1 litro de ar no seu interior. Ao levá-lo ao pé da montanha, cuja pressão é de 1 atmosfera, o volume do cilindro se reduz a 900 cm 3 e sua temperatura se eleva em 6 ºC. A pressão no alto da montanha é aproximadamente, em atm, de a) 0,66. b) 0,77. c) 0,88. d) 0,99. e) 1, Uma pessoa que deseja beber água fresca, mistura duas porções, de 150 ml cada; uma, à temperatura de 5 ºC, e a outra à temperatura de 31 ºC. Após algum tempo, ela verifica que a temperatura da mistura é de 16 ºC. Determine o módulo da quantidade de calor que é cedido 2 para o ambiente (sala mais copo). Expresse sua resposta em unidades de 10 calorias. 4. A utilização do termômetro, para a avaliação da temperatura de um determinado corpo, é possível porque, após algum tempo de contato entre eles, ambos adquirem a mesma temperatura. Neste caso, é válido dizer que eles atingem a (o) a) equilíbrio térmico. b) ponto de condensação. c) coeficiente de dilatação máximo. d) mesma capacidade térmica. e) mesmo calor específico. 5. Um estudante precisa de três litros de água a temperatura de 37 ºC. Ele já dispõe de dois litros de água a 17 ºC. A que temperatura, em ºC, ele deve aquecer o litro de água a ser misturado com o volume já disponível? Considere a existência de trocas térmicas apenas entre os volumes de água na mistura. 6. Ao se colocar gelo em um copo com água, verifica-se que a água resfria. Esse fenômeno é explicado pelo fato do(a) a) gelo liberar calor para água. b) gelo ceder energia para água. c) água ceder calor para o gelo. d) água absorver energia do gelo. 7. O gráfico mostra como varia a temperatura em função do tempo de aquecimento de um liquido, inicialmente a 20ºC. Página 1 de 13

2 A partir da análise desse gráfico, pode-se concluir que o líquido a) entra em ebulição a uma temperatura de 80ºC. b) inicia a vaporização a uma temperatura de 60ºC. c) transforma-se em gás a uma temperatura de 20ºC. d) permanece como liquido a uma temperatura de 70ºC. 8. Uma amostra de uma substância encontra-se, inicialmente, no estado sólido na temperatura T 0. Passa, então, a receber calor até atingir a temperatura final T f, quando toda a amostra já se transformou em vapor. O gráfico abaixo representa a variação da temperatura T da amostra em função da quantidade de calor Q por ela recebida. Considere as seguintes afirmações, referentes ao gráfico. I. T 1 e T 2 são, respectivamente, as temperaturas de fusão e de vaporização da substância. II. No intervalo X, coexistem os estados sólido e líquido da substância. III. No intervalo Y, coexistem os estados sólido, líquido e gasoso da substância. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) I, II e III. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Em abril de 2010, erupções vulcânicas na Islândia paralisaram aeroportos em vários países da Europa. Além do risco da falta de visibilidade, as cinzas dos vulcões podem afetar os motores dos aviões, pois contêm materiais que se fixam nas pás de saída, causando problemas no funcionamento do motor a jato. Página 2 de 13

3 9. Considere que o calor específico de um material presente nas cinzas seja c = 0,8 J/g 0 C. Supondo que esse material entra na turbina a 20 0 C, a energia cedida a uma massa m = 5g do material para que ele atinja uma temperatura de C é igual a a) 220 J. b) 1000 J. c) 4600 J. d) 3600 J. 10. No diagrama PV, a seguir, está representada uma série de processos termodinâmicos. No processo ab, 250 J de calor são fornecidos ao sistema, e, no processo bd, 600 J de calor são fornecidos ao sistema. Analise as afirmações que se seguem. I. O trabalho realizado no processo ab é nulo. II. A variação de energia interna no processo ab é 320 J. III. A variação de energia interna no processo abd é 610 J. IV. A variação de energia interna no processo acd é 560 J. É CORRETO afirmar que apenas as(a) afirmações(ão) a) II e IV estão corretas. b) IV está correta. c) I e III estão corretas. d) III e IV estão corretas. e) II e III estão corretas. 11. Um gás ideal possui, inicialmente, volume V0 e encontra-se sob uma pressão p 0. O gás passa por uma transformação isotérmica, ao final da qual o seu volume torna-se igual a V 0 /2. Em seguida, o gás passa por uma transformação isobárica, após a qual seu volume é 2V 0. Denotando a temperatura absoluta inicial do gás por T 0, a sua temperatura absoluta ao final das duas transformações é igual a: a) T 0 /4 b) T 0 /2 c) T 0 d) 2T 0 e) 4T Uma barra de alumínio de 400 g recebe cal de uma fonte de calor. Sabendo que a temperatura inicial do bloco é 20 C e que o calor e specífico do alumínio é 0,22 cal/g C, podemos afirmar que a temperatura final da barra, em graus Celsius, será a) 10. b) 40. c) 50. d) 70. Página 3 de 13

4 e) Uma quantidade de água líquida de massa m = 200 g, a uma temperatura de 30 C o, é colocada em uma calorímetro junto a 150 g de gelo a 0 C o. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é c a = 1,0 cal/(g. C o ) e o calor latente de fusão do gelo é L = 80 cal/g, calcule a temperatura final da mistura gelo + água. a) 10 C o b) 15 C o c) 0 C o d) 30 C o e) 60 C o 14. Considere estas informações: a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida; aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações. a) b) c) d) 15. Quando aquecemos água em nossas casas utilizando um recipiente aberto, sua temperatura nunca ultrapassa os 100 ºC. Isso ocorre porque: a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua capacidade de absorver calor. Página 4 de 13

5 b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder exatamente a mesma quantidade de calor que está recebendo, mantendo assim sua temperatura constante. c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura constante. d) ao atingir essa temperatura, a água começa a expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos. 16. O gráfico a seguir mostra a variação do volume de um gás perfeito, em função da temperatura. A transformação entre os estados A e B ocorre à pressão constante de 10 5 N/m 2, e a energia interna do gás aumenta em 1000 J. Durante a transformação entre os estados B e C, o gás recebe calor. Calcule: a) a quantidade de calor recebida pelo gás entre os estados A e B; b) o trabalho realizado sobre o gás entre os estados B e C; c) o valor da pressão do gás no estado C. 17. Com o objetivo de economizar energia, um morador instalou no telhado de sua residência um coletor solar com capacidade de 1,2 x 10 8 cal/dia. Toda essa energia foi utilizada para aquecer 2,0 x 10 3 L de água armazenada em um reservatório termicamente isolado. De acordo com estes dados, a variação da temperatura da água (em graus Celsius) ao final de um dia é de: Dados: Calor específico da água c a = 1,0 cal/g C Densidade da água d a = 1,0 g/cm 3 a) 1,2 b) 6,0 c) 12,0 d) 60,0 e) 120,0 18. Um recipiente de vidro está completamente cheio de um determinado líquido. O conjunto é aquecido fazendo com que transborde um pouco desse líquido. A quantidade de líquido transbordado representa a dilatação: a) do líquido, apenas. b) do líquido menos a dilatação do recipiente. c) do recipiente, apenas. d) do recipiente mais a dilatação do líquido. 19. Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m 2. Página 5 de 13

6 Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de a) 100 J. b) 150 J. c) 250 J. d) 350 J. e) 400 J. 20. O gráfico mostra a quantidade de calor Q recebida por um corpo de 100g, em função de sua temperatura t. O calor específico do material de que é feito o corpo, em cal/g C, vale: a) 0,20 b) 0,08 c) 0,38 d) 0, Numa garrafa térmica há 100 g de leite à temperatura de 90 C. Nessa garrafa são adicionados 20 g de café solúvel à temperatura de 20 C. O calor específico do café vale 0,5 cal/(g C) e o do leite vale 0,6 cal/(g C). A temperatura final do café com leite é de: a) 80 C. b) 42 C. c) 50 C. d) 60 C. e) 67 C. 22. Quando aumentamos a temperatura dos sólidos e dos líquidos, normalmente seus volumes aumentam. Entretanto, algumas substâncias apresentam um comportamento anômalo, como é o caso da água, mostrado no gráfico a seguir. Assinale a afirmativa CORRETA. Página 6 de 13

7 a) O volume da água aumenta e sua densidade diminui, quando ela é resfriada abaixo de 4 C. b) Entre 4 C e 0 C, a diminuição de temperatura faz com que a água se torne mais densa. c) Quando a água é aquecida, a partir de 4 C sua densidade e seu volume aumentam. d) Quando a água está a 4 C, ela apresenta a sua menor densidade. 23. Devido a um resfriado, um homem de 80 kg tem temperatura do corpo igual a 39 C ao invés da temperatura normal de 37 C. Supondo que o corpo humano seja constituído basicamente de água, qual a quantidade de calor produzida pelo corpo para causar este aumento de temperatura? Calor específico da água = 1 cal/g C. 24. Enquanto se expande, um gás recebe o calor Q=100J e realiza o trabalho W=70J. Ao final do processo, podemos afirmar que a energia interna do gás a) aumentou 170 J. b) aumentou 100 J. c) aumentou 30 J. d) diminuiu 70 J. e) diminuiu 30 J. 25. Qual é a variação de energia interna de um gás ideal sobre o qual é realizado um trabalho de 80J durante uma compressão isotérmica? a) 80J b) 40J c) Zero d) - 40J e) - 80J Página 7 de 13

8 Gabarito: Resposta da questão 1: ) Incorreta. Pela convenção de sinais da 1ª lei da termodinâmica, quando se realiza trabalho (W) sobre o gás, esse trabalho é negativo (W = 400 J). 02) Incorreta. A temperatura é constante, portanto, a transformação é isotérmica. 04) Incorreta. A energia interna é função exclusiva da temperatura. Se a transformação é isotérmica a energia interna é constante ( U = 0). 08) Correta. Da 1ª lei da termodinâmica: U = Q W 0 = Q W Q = W = 400 J. Como o sinal do calor é negativo, de acordo com a convenção de sinais, o gás cedeu calor à vizinhança. 16) Incorreta. De acordo com o exposto na afirmativa anterior: Q = 400 J. Resposta da questão 2: Dados: T 1 = 8 C = 281 K; V 1 = 1 L; P 2 = 1 atm; V 2 = 900 cm 3 = 0,9 L; T 2 = T = 287 K. Considerando o ar com gás ideal, pela equação geral dos gases ideais: P1 V1 P2 V2 P1 ( 1) 1( 0,9) 252,9 = = P1 = T1 T P 1 = 0,88 atm. Resposta da questão 3: Q = 0 mc θ 1 + mc θ2 Qcedido = (16 5) (16 31) Qcedido = Q = 0 Q = 600cal = 6 10 cal cedido cedido Portanto, a quantidade de calor cedido, em Resposta da questão 4: [A] calorias, é igual a 6. Quando dois corpos entram em contato há um fluxo de calor do mais quente para o mais frio até que as temperaturas se igualem atingindo o equilíbrio térmico. Resposta da questão 5: Dados: C 1 = 2C; C 2 = C; T 1 = 17 C; T = 37 C. Como o sistema י termicamente isolado: ( ) ( ) ( ) ( ) Q + Q = 0 C T T + C T T = 0 2C C 37 T = = 37 T T = 77 ºC. Resposta da questão 6: Pela diferença de temperaturas, ocorre um fluxo de calor da água para o gelo. Resposta da questão 7: Página 8 de 13

9 [B] Observe o gráfico e confirme a resposta. Resposta da questão 8: [D] O gráfico abaixo esclarece a questão Resposta da questão 9: [D] Dados: m = 5 g; c = 0,8 J/g C; θ = [880 (-20)] = 900 C. Da equação fundamental da calorimetria: Q = m c θ = (5) (0,8) (900) Q = J. Resposta da questão 10: Processo AB: Qab = 250J Processo isométrico Wab = 0 U = Q W Uab = = 250J Página 9 de 13

10 Processo BD: Q = 600J bd Processo isobárico bd = = = U = Q W U = = 360J Processo ABD: U = U + U = = 610J abd ab bd Processo ACD: 4 3 Wbd p. V J A variação da energia interna entre dois estados não depende da evolução. Portanto: U = U = 610J acd abd Resposta da questão 11: [E] Dados: Estado inicial p = p 0 ; V = V 0 e T = T 0. V 1ª Transformação Isotérmica: T 1 = T 0 e V 1 = 0 2. V0 p1v1 p0v p = 2 p V p = = p0 p1 = 2p 0. T T T T ª Transformação Isobárica: p 2 = p 1 ; V 2 = 2 V 0. V0 p2v2 p1v1 p12v p 0 1 = = = T T T T T 2T T 2 = 4T 0. Resposta da questão 12: [D] Dados: m = 400 g; Q = cal; c = 0,22 cal/g C; T 0 = 20 C. Q Q = m c (T T 0 ) T T 0 = T 20 = m c 400 0,22 T 20 = 50 T = 70 C. Resposta da questão 13: Dados: m ág = 200 g; m gelo = 150 g; T 0 = 30 C; c ág = 1 cal/g. C; L gelo = 80 cal/g. Nesse tipo de problema, envolvendo gelo e água, precisamos sempre verificar se, no equilíbrio térmico, sobra gelo ou se há fusão total. Para isso, temos que comparar o calor latente necessário para fusão do gelo (Q gelo ) com o calor sensível liberado pela água (Q água ) até 0 C. Assim: Q gelo = m gelo L gelo = 150 (80) Q gelo = cal. Q água = m ág c ág T = 200 (1) (0 30) Q água = cal ( o sinal negativo indica apenas que houve liberação de calor) Comparando essas quantidades de calor (em módulo), verificamos que a quantidade de calor necessária para fundir o gelo ( cal) é menor que a quantidade de calor liberada pela Página 10 de 13

11 água (6.000 cal apenas metade da necessária). Portanto, apenas metade da massa de gelo se funde e a temperatura de equilíbrio térmico é 0 C. Resposta da questão 14: [D] De imediato eliminamos as opções a) e b), pois a baixas temperaturas a água está na fase gasosa. A opção c) apresenta aumento de temperatura de fusão com o aumento de pressão. Abaixo mostramos a coerência da opção d) com o enunciado: p A > p B T A < T B Resposta da questão 15: A temperatura de mudança de fase de uma substância pura e cristalina depende exclusivamente da pressão. No caso da água, a temperatura de vaporização é 100 C. Atingida essa temperatura, todo calor absorvido é usado para mudança de fase. Se colocarmos a água numa panela de pressão ele irá ferver a uma temperatura constante maior que 100 C, dependendo da pressão interna da panela. Resposta da questão 16: Q = W + U = p. V = 10 5.(70 20) = = 1500 J W = 0, pois não há variação de volume Pela lei geral dos gases p.v/t = constante. Como o volume é constante (processo isocórico) p/t = constante 5 10 p = p = N/m Resposta da questão 17: [D] Dados: Calor específico da água: c a = 1,0 cal/g C; Densidade da água: d a = 1,0 g/cm 3 ; Volume de água: V = L = cm 3. Calculemos a massa de água: m d = m = dv 6 = 1(2 10 ) = g. V Da equação do calor sensível: Q = m c T T = 8 Q 1,2 10 = T = 60 C 6 mc Página 11 de 13

12 Resposta da questão 18: [B] Resposta da questão 19: [B] Resposta da questão 20: [A] Resposta da questão 21: [A] Como é uma troca de calor: Qcafe + Qleite = 0 m.c T + m.c. T = ,5.(T - 20) ,6.(T - 90) = 0 10.(T - 20) + 60.(T - 90) = 0 T T = 0 7.T = 0 T = 560/7 = 80 C Resposta da questão 22: [A] Resposta da questão 23: Q = cal Resposta da questão 24: Resposta da questão 25: Página 12 de 13

13 Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: 11/11/2012 às 14:59 Nome do arquivo: Kilder Revisão Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/DB = número da questão no banco de dados do SuperPro Q/prova Q/DB Matéria Fonte Tipo Física... Uem/ Somatória Física... Ifsp/ Múltipla escolha Física... Ufpe/ Analítica Física... Espcex (Aman)/ Múltipla escolha Física... Ufpe/ Analítica Física... G1 - cftmg/ Múltipla escolha Física... G1 - cftmg/ Múltipla escolha Física... Ufrgs/ Múltipla escolha Física... Unicamp/ Múltipla escolha Física... Upe/ Múltipla escolha Física... Ufal/ Múltipla escolha Física... G1 - cps/ Múltipla escolha Física... Pucrj/ Múltipla escolha Física... Ufmg/ Múltipla escolha Física... Pucmg/ Múltipla escolha Física... Udesc/ Analítica Física... Ufg/ Múltipla escolha Física... Pucmg/ Múltipla escolha Física... Ufrgs/ Múltipla escolha Física... Pucmg/ Múltipla escolha Física... Ufpr/ Múltipla escolha Física... Pucmg/ Múltipla escolha Física... Puc-rio/ Analítica Física... Ufrgs/ Múltipla escolha Física... Unirio/ Múltipla escolha Página 13 de 13