INSTITUTO ADVENTISTA SÃO PAULO Prova Mensal II Ensino Fundamental II

Transcrição

1 (FÍSICA: 01 10) 01) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Robert Boyle foi um físico e químico irlandês. Nos experimentos realizados com gás, nos quais manteve constante a temperatura, e variando outras duas grandezas (volume e pressão), Boyle estabeleceu que: Sob temperatura constante, a pressão de um gás ideal é inversamente proporcional ao seu volume. Por exemplo, o gráfico abaixo mostra que ao dobrarmos o volume do gás, a sua pressão tende a diminuir pela metade. Porém, se reduzirmos o volume do gás a um quarto de seu volume inicial, sua pressão será quadruplicada, e assim por diante. Além disso, podemos verificar que quanto maior for a temperatura a ser mantida constante, maior será também o valor do produto (p.v) e mais afastada ficará a curva em relação à origem dos eixos. Abaixo podemos ver a existência de três curvas que correspondem a uma determinada temperatura constante. Essas curvas de temperatura constante são chamadas de isotermas. a) 3 l b) 4 l c) 5 l X d) 6 l e) 7 l 02) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Uma transformação isocórica, também denominada transformação isovolumétrica, ou ainda isométrica, ocorre quando se mantém o volume constante e se variam a temperatura e a pressão de um gás com massa fixa. O termo isocórica vem do grego: iso significa igual, e coros é volume; isto é, volume igual ou volume constante. Dois cientistas franceses, Jacques Alexandre César Charles e Joseph Louis Gay-Lussac, estudaram como diversos gases se comportam quando a pressão e a temperatura variam. Ambos chegaram à mesma conclusão, assim, criou-se a seguinte lei: De tal modo, para uma transformação isotérmica, podemos escrever a seguinte equação: P1. V1= P2. V2 O gráfico a seguir ilustra uma isotérmica de uma certa quantidade de gás que é levado do estado A para o estado B. Determine o volume do gás no estado B. Lei de Charles ou Lei de Charles e Gay-Lussac: para uma massa fixa de gás, mantida à volume constante, a pressão exercida pelo gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta. Isso quer dizer que se aumentarmos a temperatura, a pressão dentro do recipiente que contém o gás irá aumentar e vice-versa. Isso ocorre porque a pressão é resultado das colisões das partículas do gás com as paredes do recipiente, assim, quanto mais colisões, maior será a pressão. Se a temperatura aumentar, a energia cinética das partículas também aumentará e elas se movimentarão com maior velocidade, aumentando a pressão. Isso pode ser visto nos pneus de carros, motos e caminhões. Com um aumento de sua temperatura, a pressão dentro dos pneus aumenta. Por isso é necessário calibrar constantemente os pneus, ou seja, regular os níveis da pressão provocada pelos gases que os enchem. Isso garante seu melhor desempenho e também a segurança dos passageiros.

2 Em uma corrida, a volta de apresentação dos carros não acontece somente para mostrar os competidores e as suas máquinas, mas para aquecer os pneus, assim as moléculas dos gases atingem uma temperatura certa para dar a pressão ideal para a corrida. INSTITUTO ADVENTISTA SÃO PAULO a) 500 K b) 600 K c) 700 K d) 800 K e) 900 K X A volta de apresentação serve para aquecer os pneus dos carros e, assim, atingir a pressão ideal para seu melhor desempenho. Matematicamente, a Lei de Charles e Gay-Lussac é expressa por: Logo, conclui-se que: Seu gráfico é uma reta. No caso abaixo temos a comparação de três transformações isocóricas, sendo que cada uma foi com um volume diferente: 03) (Iasp-2017) Dentro de um recipiente fechado existe uma massa de gás ocupando volume de 20 litros, à pressão de 3 atmosfera e a 27ºC. Se o recipiente for aquecido a 127ºC, mantendo-se o volume constante, qual será a pressão do gás? a) 5 atm b) 4 atm X c) 3 atm d) 2 atm e) 6 atm Uma certa massa de gás, no estado inicial A, passa para o estado final B, sofrendo a transformação indicada na figura. Determine o valor de T B.

3 04) (Iasp-2017) Uma determinada massa de gás num estado inicial A sofre as transformações indicadas no diagrama, A B e B C : INSTITUTO ADVENTISTA SÃO PAULO Assim, seu rendimento pode ser calculado por: A temperatura T B e o volume V C, respectivamente, são: em que T B é a temperatura absoluta da fonte fria e T A a da fonte quente. a) 400 K ; 7 l b) 450 K ; 8 l c) 300 K ; 7 l d) 400 K ; 8 l X e) 600 K ; 7 l 05) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Uma máquina térmica é um sistema no qual existe um fluido operante (normalmente vapor) que recebe um calor Q A de uma fonte térmica quente, realiza um trabalho τ e rejeita a quantidade Q B de calor para uma outra fonte, fria. O rendimento dessa máquina é definido pela fração do calor absorvido pelo sistema, que é usado para realização do trabalho. Se a máquina térmica, ao funcionar, obedece ao Ciclo de Carnot (duas isotermas e duas adiabáticas), então ela é denominada Máquina de Carnot e vale a relação: A Máquina de Carnot, apesar de ser teórica, é aquela que apresenta o máximo rendimento possível entre suas fontes térmicas de temperaturas fixas. Ela é um modelo importante para o desenvolvimento de máquinas térmicas, no qual podemos observar teoricamente os ciclos necessários para o funcionamento destas máquinas. Porém, a termo dinâmica mostra que a máquina não pode existir, sendo, portanto, uma idealização teórica. A respeito da Máquina de Carnot, podemos afirmar: a) É caraterizada por duas transformações a temperatura constante e duas sem troca de calor com o ambiente, todas irreversíveis. O funcionamento da máquina é proibido pela segunda lei da termodinâmica. b) É caracterizada por duas transformações a temperatura constante e duas sem troca de calor com o ambiente, todas reversíveis. O funcionamento da máquina é proibido pela segunda lei da termodinâmica. X c) É caracterizada apenas por duas transformações a temperatura constante, todas reversíveis. O funcionamento da máquina é proibido pela segunda lei da termodinâmica. d) É caracterizada por duas transformações a temperatura constante e duas sem troca de calor com o ambiente, todas reversíveis. O funcionamento da máquina está baseado na segunda lei da termodinâmica. e) É caracterizada apenas por duas transformações sem troca de calor com o ambiente, todas irreversíveis. O funcionamento da máquina é proibido pela segunda lei da termodinâmica.

4 06) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Os motores a gasolina funcionam de acordo com o ciclo Otto apresentado abaixo. Físico francês, Nicolas Léonard Sadi Carnot nasceu em Paris em 1 o de junho de Em 1824 publicou sua famosa tese na qual estabeleceu as características ideais de uma máquina térmica. Sua máquina é composta de uma fonte quente, mantida à temperatura absoluta constante T 1, destinada a fornecer calor que o motor necessita para seu trabalho e de uma fonte mais fria, mantida à temperatura absoluta constante T 2 (T 2 < T 1), cuja função é retirar da máquina o calor remanescente de cada ciclo que não foi transformado em trabalho. O rendimento η de uma máquina térmica de Carnot é dado pela equação: Assim, supondo que a fonte quente esteja a 127ºC, a temperatura da fonte mais fria para que o rendimento de uma dessas máquinas térmicas seja de 25%, vale: a) 270 K b) 315 K c) 525 K d) 225 K e) 300 K X Entretanto, os engenheiros sabem que a inatingível máquina térmica ideal deve funcionar de acordo com o ciclo de Carnot que fornece o rendimento teórico máximo para qualquer combustível e, por isso, é a referência para o desenvolvimento dos motores a combustão.

5 07) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Aquecer é fácil, difícil é esfriar! Uma das máquinas mais utilizadas hoje em dia é o refrigerador. Sua invenção foi realmente de grande ajuda para as pessoas, que passaram a preservar seus alimentos por mais tempo. O refrigerador parte um princípio muito simples: se o calor não sai espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente, nós vamos forçá-lo a sair! Em vez de o gás realizar trabalho, nós realizaremos trabalho sobre ele! Como isso é feito? Trata-se de outro processo em que ocorrem transformações gasosas. Sabemos que, quando expandimos um gás, sua pressão diminui, assim como sua temperatura. Por um cano fino que passa pelo interior da geladeira, um gás é solto e se expande a baixa pressão. Nessa expansão, a temperatura do gás diminui. Com isso, o gás retira calor do ambiente que está a sua volta, ou seja, do interior da geladeira. Um compressor que está na geladeira comprime o gás (freon, em geral) que se encontra numa câmara. Você pode observar que atrás de sua geladeira existe outro cano, fino e comprido, por onde o gás sai do interior da geladeira. Ele libera o calor para a atmosfera, para novamente repetir o processo. De acordo com o texto lido acima, pode-se concluir que: a) quando invertemos o sentido do ciclo de uma máquina térmica, de modo que o meio realize trabalho sobre o sistema, refere-se à primeira lei da termodinâmica. b) quando invertemos o sentido do ciclo de uma máquina térmica, de modo que o gás realiza trabalho sobre o meio, refere-se à primeira lei da termodinâmica. c) quando invertemos o sentido do ciclo de uma máquina térmica, de modo que o meio realize trabalho sobre o sistema, refere-se à segunda lei da termodinâmica. X d) quando invertemos o sentido do ciclo de uma máquina térmica, de modo que o gás realiza trabalho sobre o meio, refere-se à segunda lei da termodinâmica. e) quando invertemos o sentido do ciclo de uma máquina térmica, de modo que o gás não realiza trabalho sobre o meio, refere-se à segunda lei de Newton. 08) (Iasp-2017) Ao receber uma quantidade de calor Q = 50J, um gás realiza um trabalho igual a 12J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U = 100J, qual será esta energia após o recebimento? a) 138 J X b) 115 J c) 125 J d) 225 J e) 130 J

6 09) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) O aquecimento da Terra, provocado pela emissão de gases, sobretudo de países ricos, está alterando o ritmo natural de degelo e das chuvas, de forma a mudar a capacidade das represas e o fornecimento de energia em determinadas épocas do ano. INSTITUTO ADVENTISTA SÃO PAULO Um gás pode realizar ou receber trabalho por meio da: Expansão: quando realizar trabalho sobre o meio externo. Compressão: quando recebe o trabalho do meio externo. A representação do sistema formado por um gás aprisionado por êmbolo movimentando-se livremente, sem atrito. Um gás está confinado em um recipiente cuja tampa consiste de um êmbolo móvel em equilíbrio. Sobre o êmbolo é colocado um bloco com uma certa massa. Em seguida, o gás é aquecido de maneira que o êmbolo empurra (desloca) o bloco para mais distante, como mostra a figura abaixo. Ao aquecer o gás, ocorre aumento na agitação de suas moléculas, fazendo com que o êmbolo suba, pois a pressão interna e a externa permanecem constantes, mas o volume é alterado. Lembre-se que se aumenta a temperatura, as moléculas se agitam mais e se chocam com mais força nas paredes do recipiente, tendo então maior pressão, mas se deixarmos o êmbolo livre, com o aumento da temperatura o volume também aumenta, e assim as moléculas não se chocam com maior intensidade de força, permanecendo com a pressão constante. Determine o trabalho realizado no processo descrito acima, e exemplificado no gráfico no processo onde a pressão constante de N/m 2, um gás aumenta seu volume de 4 m 3 para 7 m 3.

7 Calcule o trabalho realizado pelo gás. a) J b) J c) 1, J d) J X e) J Considere uma geladeira ideal cujo compressor realiza trabalho de 5000 J. Se, durante o tempo de funcionamento desse compressor, o radiador (serpentina traseira) transfere para o meio ambiente 2500 J de energia térmica, a eficiência do refrigerador é igual a: a) 33% b) 50% X c) 67% d) 75% e) 100% 10) (Iasp-2017 / MODELO ENEM) Um dos aparelhos indispensáveis em uma residência é a geladeira. A refrigeração do seu interior é feita de forma não espontânea. Retira-se energia térmica da parte interna e transfere-se essa energia para o ambiente da cozinha. A transferência de energia térmica só é espontânea quando o calor transita no sentido de temperaturas decrescentes. Na parte interna da geladeira, há o congelador, no qual, normalmente, a substância freon se vaporiza a baixa pressão, absorvendo energia térmica. O freon, no estado gasoso, expande-se até o radiador (serpentina traseira), no qual, sob alta pressão, se condensa, liberando energia térmica para o meio externo. A pressão do freon é aumentada no radiador devido a um compressor e diminuída no congelador devido a uma válvula. A eficiência ε de uma geladeira é determinada pela razão entre a energia térmica Q que é retirada do seu congelador e o trabalho τ que o compressor teve de realizar. FORMULÁRIO: A energia térmica que o radiador transfere para o ambiente é a soma da energia térmica retirada do congelador com o trabalho realizado pelo compressor. O desenho representa uma geladeira doméstica: