Lista de exercícios Termodinâmica + Dilatação térmica Resolução em vídeo no fim de semana

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1 Lista de exercícios Termodinâmica + Dilatação térmica Resolução em vídeo no fim de semana Questão 1 - (UFSC-SC) O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas). Como resposta dê a soma das alternativas corretas: (01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal. (02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 C e 37 C, terá um rendimento menor que 10%. (04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. (08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente. (16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.

2 Questão 2 - (UFF-RJ) O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo combustível é um gás. Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q1) de uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q2) para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q1. Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, realiza um trabalho de 3, J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa indústria. Em relação a essa máquina, conclui-se que os valores de Q1, de Q2 e da variação da energia interna do gás são, respectivamente: a) 1, J ; 5, J ; 3, J b) 3, J ; zero ; zero c) 3, J ; zero ; 3, J d) 5, J ; 2, J ; zero e) 5, J ; 2, J ; 3, J Questão 3 - (ENEM-MEC) A refrigeração e o congelamento de alimentos são responsáveis por uma parte significativa do consumo de energia elétrica numa residência típica. Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser tomados alguns cuidados operacionais:

3 I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do quente para cima. II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de calor no congelador III. Limpar o radiador ("grade" na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e o poeira que nele se depositam não reduzam a transferência de calor para o ambiente. Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas, a) a operação I b) a operação II. c) as operações I e II. d) as operações I e III. e) as operações II e III. Questão 4 - (UFAM-AM) Um inventor diz ter desenvolvido uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas, quente e fria, com temperaturas de 500 K e 250 K, respectivamente, consegue, em cada ciclo, realizar uma quantidade de trabalho equivalente a 75% do calor absorvido da fonte quente, rejeitando 25% da energia gerada por essa fonte. De acordo com as leis da termodinâmica, é possível que o inventor tenha realmente desenvolvido tal máquina? a) Não é possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento maior que o rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes. b) Não é possível, uma vez que o rendimento da máquina é 100%. c) É possível, uma vez que não violaria a Primeira Lei da Termodinâmica. d) Não é possível, uma vez que violaria a Primeira Lei da Termodinâmica. e) É possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes. Questão 5 - (UEG-GO) Os motores usados em veículos são normalmente de combustão interna e de quatro tempos. A finalidade dos motores é transformar a energia térmica do combustível em trabalho. De modo geral, eles são constituídos de várias peças, entre

4 elas: as válvulas, que controlam a entrada e a saída do fluido combustível, a vela, onde se dá a faísca que provoca a explosão, o virabrequim (árvore de manivelas), que movimenta o motor, e os êmbolos, que são acoplados a ele. No tempo 1, ocorre a admissão do combustível, a mistura de ar e vapor de álcool ou gasolina, produzida no carburador: o virabrequim faz o êmbolo descer, enquanto a válvula de admissão se abre, reduzindo a pressão interna e possibilitando a entrada de combustível à pressão atmosférica. No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente. No tempo 3, ocorre a explosão: no ponto em que a compressão é máxima, produz-se, nos terminais da vela, uma faísca elétrica que provoca a explosão do combustível e seu aumento de temperatura; a explosão empurra o êmbolo para baixo, ainda com as válvulas fechadas. No tempo 4, ocorre exaustão ou descarga: o êmbolo sobe novamente, a válvula de exaustão abre-se, expulsando os gases queimados na explosão e reiniciando o ciclo. De acordo com o texto e com a termodinâmica, é CORRETO afirmar: a) No tempo 1, o processo é isovolumétrico. b) No tempo 2, o processo é adiabático. c) No tempo 3, o processo é isobárico. d) No tempo 4, o processo é isotérmico. e) Um ciclo completo no motor de 4 tempos é realizado após uma volta completa da árvore de manivelas. Questão 6 (UFC-CE) Um recipiente contém uma mistura de um gás ideal X, cuja massa molar é MX, com um gás ideal Y, cuja massa molar é MY, a uma dada temperatura T. Considere as afirmações a seguir:

5 I. A energia cinética média das moléculas dos gases ideais X e Y depende apenas da temperatura absoluta em que se encontram. II. A velocidade média das moléculas dos gases ideais X e Y depende da temperatura absoluta em que se encontram e da natureza de cada gás. III. Se MX > MY, a velocidade média das moléculas do gás ideal X é maior que a velocidade média do gás ideal Y. Assinale a alternativa correta. a) Apenas I é verdadeira. b) Apenas I e II são verdadeiras. c) Apenas I e III são verdadeiras. d) Apenas II e III são verdadeiras. e) I, II e III são verdadeiras. Questão 7 - (UEG-GO) É sempre bom lembrar, que um copo vazio está cheio de ar. Que o ar no copo ocupa o lugar do vinho Que o vinho busca ocupar o lugar da dor Que a dor ocupa a metade da verdade A verdadeira natureza interior Gilberto Gil. "Copo Vazio" Tendo como referência o poema de Gilberto Gil e com base nas propriedades e leis que regem a fase gasosa, assinale a alternativa INCORRETA: a) Um gás dilata-se muito mais com a temperatura do que um sólido ou um líquido.

6 b) Volumes iguais de gases diferentes, desde que nas mesmas condições de pressão e temperatura, contêm o mesmo número de moléculas. c) A energia cinética média de translação das moléculas de um gás - qualquer que seja ele - é proporcional à sua temperatura. d) Se for fornecida a mesma quantidade de calor a uma certa massa de gás, ela se aquecerá mais se estiver mantida num volume constante do que sob pressão constante. e) É impossível ceder calor a um gás e sua temperatura não sofrer variação. Questão 8 - (UFU-MG) Dois gases ideais monoatômicos 1 e 2, com o mesmo número de mols, são, independentemente, submetidos a processos de aquecimento, sofrendo a mesma variação de temperatura. No caso do gás 1, seu volume permaneceu constante ao longo do processo; no caso do gás 2, sua pressão não variou. Considerando que Q1, W1 e ΔU1 são, respectivamente, o calor recebido, o trabalho realizado e a variação da energia interna do gás 1; e Q2, W2 e ΔU2, são as mesmas grandezas para o gás 2, é correto afirmar que a) ΔU1 = ΔU2; Q1 < Q2. b) ΔU1 = ΔU2; Q1 > Q2. c) ΔU1 > ΔU2; Q1 = Q2. d) ΔU1 < ΔU2; Q1 = Q2. Questão 9 - (ENEM-MEC) No Brasil, o sistema de transporte depende do uso de combustíveis fósseis e de biomassa, cuja energia é convertida em movimento de veículos. Para esses combustíveis, a transformação de energia química em energia mecânica acontece a) na combustão, que gera gases quentes para mover os pistões no motor. b) nos eixos, que transferem torque às rodas e impulsionam o veículo. c) na ignição, quando a energia elétrica é convertida em trabalho.

7 d) na exaustão, quando gases quentes são expelidos para trás. e) na carburação, com a difusão do combustível no ar. Questão 10 - (MACKENZIE-SP) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a qual: a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo; b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo; c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna; d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna; e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna. Questão 11 - (UFSC-SC) Uma amostra de dois moles de um gás ideal sofre uma transformação ao passar de um estado i para um estado f, conforme o gráfico a seguir: Dê como resposta a soma dos itens corretos 01. A transformação representada no gráfico ocorre sem que nenhum trabalho seja realizado.

8 02. Sendo de 100 Joules a variação da energia interna do gás do estado i até f, então o calor que fluiu na transformação foi de 1380 Joules. 04. Certamente o processo ocorreu de forma isotérmica, pois a pressão e o volume variaram, mas o número de moles permaneceu constante. 08. A primeira lei da Termodinâmica nos assegura que o processo ocorreu com fluxo de calor. 16. Analisando o gráfico, conclui-se que o processo é adiabático. Questão 12 - (UFSC-SC-010) Admita uma máquina térmica hipotética e ideal que funcione de acordo com o ciclo representado no gráfico de pressão versus volume (p x V) a seguir. Sabendo que a transformação CD é adiabática, com base na primeira Lei da Termodinâmica e no gráfico acima. Dê como resposta a soma dos itens corretos 01) A transformação BC é isotérmica. A energia absorvida pelo gás na forma de calor é transformada parcialmente em trabalho. 02) Na transformação AB o gás sofre uma expansão isobárica, realizando um trabalho de 1,6 kj sobre a vizinhança. 04) Sabendo que a temperatura T2 vale 900 K, podemos afirmar que a temperatura T1 vale 1260 K e a pressão no estado C vale aproximadamente 6, Pa. 08) Na transformação cíclica ABCDEA apresentada, a variação da energia interna é zero, ou seja, a temperatura não varia durante todo o ciclo. 16) A transformação CD é uma compressão adiabática, onde a temperatura do gás diminui devido ao trabalho realizado sobre a vizinhança. 32) A transformação EA é isocórica. O aumento da temperatura do sistema, e consequentemente o aumento da energia interna, se deve ao calor recebido da vizinhança.

9 Questão 13 - (UFF-RJ) Nos ferros elétricos automáticos, a temperatura de funcionamento, que é previamente regulada por um parafuso, é controlada por um termostato constituído de duas lâminas bimetálicas de igual composição. Os dois metais que formam cada uma das lâminas têm coeficientes de dilatação α1 - o mais interno - α2. As duas lâminas estão encurvadas e dispostas em contato elétrico, uma no interior da outra, como indicam as figuras a seguir. A corrente, suposta contínua, entra pelo ponto 1 e sai pelo ponto 2, conforme a figura 1, aquecendo a resistência. À medida que a temperatura aumenta, as lâminas vão se encurvando, devido à dilatação dos metais, sem interromper o contato. Quando a temperatura desejada é alcançada, uma das lâminas é detida pelo parafuso, enquanto a outra continua encurvando-se, interrompendo o contato entre elas, conforme a figura 2. Com relação à temperatura do ferro regulada pelo parafuso e aos coeficientes de dilatação dos metais das lâminas, é correto afirmar que, quanto mais apertado o parafuso: a) menor será a temperatura de funcionamento e α1 > α2 b) maior será a temperatura de funcionamento e α1 < α2 c) maior será a temperatura de funcionamento e α1 > α2 d) menor será a temperatura de funcionamento e α1 < α2 e) menor será a temperatura de funcionamento e α1 = α2 Questão 14 - (UFSC-SC) Um aluno de ensino médio está projetando um experimento sobre a dilatação dos sólidos. Ele utiliza um rebite de material A e uma placa de material B, de coeficientes de dilatação térmica, respectivamente, iguais a αa e αb. A placa contém um orifício em seu centro, conforme indicado na figura. O raio RA do rebite é menor que o raio RB do orifício e ambos os corpos se encontram em equilíbrio térmico com o meio.

10 Dê como resposta a soma dos itens corretos (01) Se αa > αb a folga irá aumentar se ambos forem igualmente resfriados. (02) Se αa > αb a folga ficará inalterada se ambos forem igualmente aquecidos. (04) Se αa < αb e aquecermos apenas o rebite, a folga aumentará. (08) Se αa = αb a folga ficará inalterada se ambos forem igualmente aquecidos. (16) Se αa = αb e aquecermos somente a placa, a folga aumentará. (32) Se αa > αb a folga aumentará se apenas a placa for aquecida. Questão 15 - (UFPEL-RS) A água, substância fundamental para a vida no Planeta, apresenta uma grande quantidade de comportamentos anômalos. Suponha que um recipiente, feito com um determinado material hipotético, se encontre completamente cheio de água a 4 C. De acordo com o gráfico e seus conhecimentos, é correto afirmar que a) apenas a diminuição de temperatura fará com que a água transborde. b) tanto o aumento da temperatura quanto sua diminuição não provocarão o transbordamento da água. c) qualquer variação de temperatura fará com que a água transborde. d) a água transbordará apenas para temperaturas negativas.

11 e) a água não transbordará com um aumento de temperatura, somente se o calor específico da substância for menor que o da água. Questão 16 - (ENEM-MEC) De maneira geral, se a temperatura de um líquido comum aumenta, ele sofre dilatação. O mesmo não ocorre com a água, se ela estiver a uma temperatura próxima a de seu ponto de congelamento. O gráfico mostra como o volume específico (inverso da densidade) da água varia em função da temperatura, com uma aproximação na região entre 0 ºC e 10 ºC, ou seja, nas proximidades do ponto de congelamento da água. A partir do gráfico, é correto concluir que o volume ocupado por certa massa de água a) diminui em menos de 3% ao se resfriar de 100 ºC a 0 ºC. b) aumenta em mais de 0,4% ao se resfriar de 4 ºC a 0 ºC. c) diminui em menos de 0,04% ao se aquecer de 0 ºC a 4 ºC. d) aumenta em mais de 4% ao se aquecer de 4 ºC a 9 ºC. e) aumenta em menos de 3% ao se aquecer de 0 ºC a 100 ºC.

12 Questão 17 - (UDESC-SC-010) A tabela abaixo apresenta uma relação de substâncias e os seus respectivos valores de coeficiente de dilatação linear e condutividade térmica, ambos medidos à temperatura de 20 C. Assinale a alternativa correta, tomando como base as informações acima. a) Barras do mesmo comprimento dos metais listados na tabela sofrerão dilatações iguais, quando submetidas a uma variação de temperatura de 20 C. b) A condutividade térmica das substâncias permanece constante, independentemente da temperatura em que estas se encontram. c) Substâncias que possuem maior condutividade térmica também apresentam maiores coeficientes de dilatação. d) Dentre as substâncias listadas na tabela, o cobre é a melhor opção para fazer isolamentos térmicos. e) Duas chapas de dimensões iguais, uma de alumínio e outra de concreto, são submetidas à mesma variação de temperatura. Constata-se então que a variação de dilatação superficial da chapa de alumínio é duas vezes maior que a da chapa de concreto. Questão 18 - (UFRN-RN-010) A figura 1, abaixo, mostra o esquema de um termostato que utiliza uma lâmina bimetálica composta por dois metais diferentes ferro e cobre soldados um sobre o outro. Quando uma corrente elétrica aquece a lâmina acima de uma determinada temperatura, os metais sofrem deformações, que os encurvam, desfazendo o contato do termostato e interrompendo a corrente elétrica, conforme mostra a figura 2. A partir dessas informações, é correto afirmar que a lâmina bimetálica encurva-se para cima devido ao fato de a) o coeficiente de dilatação térmica do cobre ser maior que o do ferro.

13 b) o coeficiente de dilatação térmica do cobre ser menor que o do ferro. c) a condutividade térmica do cobre ser maior que a do ferro. d) a condutividade térmica do cobre ser menor que a do ferro. Questão 19 - (UFRGS-010) Dois cubos metálicos com dimensões idênticas, um de ouro (A), outro de chumbo (B), estão sobre uma placa aquecedora, inicialmente em temperatura ambiente. A tabela a seguir apresenta algumas das propriedades térmicas desses dois materiais. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto a seguir, na ordem em que aparecem. No topo de cada cubo é colocada uma cabeça de fósforo que fica em contato direto com o cubo. Os dois cubos são aquecidos a uma temperatura final levemente superior à de ignição do fósforo. Com base nos dados da tabela, conclui-se que o fósforo acenderá primeiro no cubo e que a aresta do cubo A será do cubo B no estado de equilíbrio térmico. a) A - menor que a b) A - maior que a c) B - maior que a d) B - menor que a e) A - igual à Questão 20 - (UFMS-MS) Um motorista retira o carro da garagem, que está a 15 o C, passa pelo posto de gasolina e enche o tanque. Em seguida, deixa o carro estacionado ao sol. Após um certo tempo, ao voltar ao carro, verifica que a temperatura do carro é 40 o C e

14 que vazou uma certa quantidade de gasolina do tanque. Dê como resposta a soma das alternativas corretas: 01. o volume do tanque de combustível do carro diminuiu. 02. a gasolina sofreu dilatação 04. a gasolina e o tanque sofreram dilatação 08. o volume de gasolina que vazou é igual à variação de volume da gasolina. 16. a dilatação real da gasolina foi menor do que a dilatação do tanque. Dê como resposta a soma dos números associados às afirmações corretas. Respostas Letra D 3 - Letra D 4 - Letra A 5 - Letra B 6 - Letra B 7 - Letra E 8 - Letra A 9 - Letra A 10 - Letra A Letra D Letra C 16 - Letra C 17 - Letra E 18 - Letra A 19 - Letra A