P 3,2 10 Pa, à temperatura ambiente T 300K? Se necessário, use: Número de Avogrado e a Constante universal dos gases ideais R 8J / molk.

Transcrição

1 1. (Fuvest 015) O desenvolvimento de teorias científicas, geralmente, tem forte relação com contextos políticos, econômicos, sociais e culturais mais amplos. A evolução dos conceitos básicos da Termodinâmica ocorre, principalmente, no contexto a) da Idade Média. b) das grandes navegações. c) da Revolução Industrial. d) do período entre as duas grandes guerras mundiais. e) da Segunda Guerra Mundial.. (Fuvest 015) O espelho principal de um dos maiores telescópios refletores do mundo, localizado nas Ilhas Canárias, tem 10 m de diâmetro e distância focal de 15 m. Supondo que, inadvertidamente, o espelho seja apontado diretamente para o Sol, determine: a) o diâmetro D da imagem do Sol; b) a densidade S de potência no plano da imagem, em W / m ; c) a variação Δ T da temperatura de um disco de alumínio de massa 0,6 kg colocado no plano da imagem, considerando que ele tenha absorvido toda a energia incidente durante 4 s. Note e adote: π 3 O espelho deve ser considerado esférico. 11 Distância Terra Sol 1,5 10 m. 9 Diâmetro do Sol 1,5 10 m. Calor específico do Al 1J / (g K). Calor específico do Al = 1 J/(g K). Densidade de potência solar incidindo sobre o espelho principal do telescópio O diâmetro do disco de alumínio é igual ao da imagem do Sol. Desconsidere perdas de calor pelo disco de alumínio. 1kW / m. 3. (Unicamp 015) Alguns experimentos muito importantes em física, tais como os realizados em grandes aceleradores de partículas, necessitam de um ambiente com uma atmosfera extremamente rarefeita, comumente denominada de ultra-alto-vácuo. Em tais ambientes a pressão é menor ou igual a 6 10 Pa. a) Supondo que as moléculas que compõem uma atmosfera de ultra-alto-vácuo estão distribuídas uniformemente no espaço e se comportam como um gás ideal, qual é o número de moléculas por unidade de volume em uma atmosfera cuja pressão seja 8 P 3, 10 Pa, à temperatura ambiente T 300K? Se necessário, use: Número de Avogrado e a Constante universal dos gases ideais R 8J / molk. 3 NA 6 10 b) Sabe-se que a pressão atmosférica diminui com a altitude, de tal forma que, a centenas de quilômetros de altitude, ela se aproxima do vácuo absoluto. Por outro lado, pressões acima da encontrada na superfície terrestre podem ser atingidas facilmente em uma submersão aquática. Calcule a razão Psub P nave entre as pressões que devem suportar a carcaça de uma nave espacial (P nave ) a centenas de quilômetros de altitude e a de um submarino (P sub ) a 100m de profundidade, supondo que o interior de ambos os veículos se encontra à pressão de 1atm. 3 Considere a densidade da água como ρ 1000kg / m. 4. (Unifesp 015) Em um copo, de capacidade térmica 60cal / C e a 0 C, foram colocados 300mL de suco de laranja, também a 0 C, e, em seguida, dois cubos de gelo com 0g cada um, a 0C. Considere os dados da tabela: Página 1 de 3

2 densidade da água líquida densidade do suco 3 1g / cm 3 1g / cm calor específico da água líquida 1cal / (gc) calor específico do suco 1cal / (gc) calor latente de fusão do gelo 80cal/ g Sabendo que a pressão atmosférica local é igual a 1atm, desprezando perdas de calor para o ambiente e considerando que o suco não transbordou quando os cubos de gelo foram colocados, calcule: a) o volume submerso de cada cubo de gelo, em 3 cm, quando flutua em equilíbrio assim que é colocado no copo. b) a temperatura da bebida, em C, no instante em que o sistema entra em equilíbrio térmico. 5. (Uerj 015) No mapa abaixo, está representada a variação média da temperatura dos oceanos em um determinado mês do ano. Ao lado, encontra-se a escala, em graus Celsius, utilizada para a elaboração do mapa. Determine, em graus kelvins, o módulo da variação entre a maior e a menor temperatura da escala apresentada. 6. (Uel 015) Analise o gráfico a seguir, que representa uma transformação cíclica ABCDA de 1mol de gás ideal. Página de 3

3 a) Calcule o trabalho realizado pelo gás durante o ciclo ABCDA. b) Calcule o maior e o menor valor da temperatura absoluta do gás no ciclo (considere J R 8 ). Justifique sua resposta apresentando todos os cálculos realizados. K mol 7. (Pucpr 015) O físico e engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot ( ), em seu trabalho Reflexões sobre a potência motriz do fogo, concluiu que as máquinas térmicas ideais podem atingir um rendimento máximo por meio de uma sequência específica de transformações gasosas que resultam num ciclo denominado de ciclo de Carnot, conforme ilustra a figura a seguir. A partir das informações do ciclo de Carnot sobre uma massa de gás, conforme mostrado no gráfico p V, analise as alternativas a seguir. I. Ao iniciar o ciclo (expansão isotérmica 1 ), a variação de energia interna do gás é igual a Q Q e o trabalho é positivo (W 0). II. Na segunda etapa do ciclo (expansão adiabática 3) não há troca de calor, embora o gás sofra um resfriamento, pois ΔU W. III. Na compressão adiabática 4 1, última etapa do ciclo, o trabalho realizado sobre o gás corresponde à variação de energia interna dessa etapa e há um aquecimento, ou seja, ΔU W. IV. O trabalho útil realizado pela máquina térmica no ciclo de Carnot é igual à área A ou, de outro modo, dado por : τ QQ Q F. V. O rendimento da máquina térmica ideal pode atingir até 100 %, pois o calor Q F pode ser nulo o que não contraria a segunda lei da termodinâmica. Estão CORRETAS apenas as alternativas: a) I, II e IV. b) I, II e III. c) II, III e IV. Página 3 de 3

4 d) II, III e V. e) III, IV e V. 8. (Fuvest 015) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A B, B C e C A, conforme o diagrama p V apresentado na figura abaixo. A respeito dessas transformações, afirmou-se o seguinte: I. O trabalho total realizado no ciclo ABCA é nulo. II. A energia interna do gás no estado C é maior que no estado A. III. Durante a transformação A B, o gás recebe calor e realiza trabalho. Está correto o que se afirma em: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 9. (Uemg 015) Um rio sempre corre de uma parte mais alta para uma mais baixa. Suas águas perdem energia potencial gravitacional e ganham energia cinética. Parte dessa energia cinética transforma-se em energia térmica. Um dia escrevi que com as perdas só há um jeito: perdêlas. (LUFT, 014, p. 7) Os processos de transformação de energia são estudados pelas leis da Termodinâmica. Sobre esses processos de transformação, são feitas três afirmações: Situação 1: 100 J de energia cinética são transformados em 100 J de energia térmica. Situação : 100 J de energia potencial gravitacional são transformados em 80 J de energia cinética e 0 J de energia térmica. Situação 3: 100 J de energia térmica são transformados em 100 J de energia cinética. Das 3 situações, viola (violam) a Segunda Lei da Termodinâmica a) apenas a situação 1. b) apenas a situação. c) apenas a situação 3. d) as três situações. 10. (Ufsm 015) Uma das maneiras de se obter sal de cozinha é a sua extração a partir de sítios subterrâneos. Para a realização de muitas das tarefas de mineração, são utilizadas máquinas térmicas, que podem funcionar, por exemplo, como motores para locomotivas, bombas de água e ar e refrigeradores. A respeito das propriedades termodinâmicas das maquinas térmicas, qual das alternativas é INCORRETA? a) O rendimento de uma máquina térmica funcionando como motor será máximo quando a maior parte da energia retirada da fonte quente for rejeitada, transferindo-se para a fonte fria. b) Uma máquina térmica funcionando como refrigerador transfere energia de uma fonte fria para uma fonte quente mediante realização de trabalho. c) Máquinas térmicas necessitam de duas fontes térmicas com temperaturas diferentes para operar. Página 4 de 3

5 d) Dentre as consequências da segunda lei da termodinâmica, está a impossibilidade de se construir uma máquina térmica com rendimento de 100%. e) Todas as etapas de uma máquina térmica operando no ciclo de Carnot são reversíveis. 11. (Ufes 015) A figura abaixo apresenta um conjunto de transformações termodinâmicas sofridas por um gás perfeito. Na transformação 1, são adicionados 00 J de calor ao gás, levando esse gás a atingir a temperatura de 60 C no ponto. A partir desses dados, determine a) a variação da energia interna do gás no processo 1 ; b) a temperatura do gás no ponto 5; c) a variação da energia interna do gás em todo o processo termodinâmico (Espcex (Aman) 015) Em uma fábrica, uma máquina térmica realiza, com um gás ideal, o ciclo FGHIF no sentido horário, conforme o desenho abaixo. As transformações FG e HI são isobáricas, GH é isotérmica e IF é adiabática. Considere que, na transformação FG, 00 kj de calor tenham sido fornecidos ao gás e que na transformação HI ele tenha perdido 0 kj de calor para o meio externo. A variação de energia interna sofrida pelo gás na transformação adiabática IF é a) 40 kj b) 0 kj c) 15 kj d) 5 kj e) 30 kj 13. (Fuvest 015) Um recipiente hermeticamente fechado e termicamente isolado, com volume de 750 l, contém ar inicialmente à pressão atmosférica de 1atm 1 atm e à temperatura de Página 5 de 3

6 7 C. No interior do recipiente, foi colocada uma pequena vela acesa, de,5 g. Sabendo se que a massa da vela é consumida a uma taxa de 0,1g / min e que a queima da vela produz energia à razão de 4 3,6 10 J / g, determine a) a potência W da vela acesa; b) a quantidade de energia E produzida pela queima completa da vela; c) o aumento Δ T da temperatura do ar no interior do recipiente, durante a queima da vela; d) a pressão P do ar no interior do recipiente, logo após a queima da vela. Note e adote: O ar deve ser tratado como gás ideal. O volume de 1mol de gás ideal à pressão atmosférica de 1atm e à temperatura de 7 C é 5 l. Calor molar do ar a volume constante: v Constante universal dos gases: R 1,08 atm l / mol K. C 30 J / mol K. 0C 73 K. 0 C = 73 K. Devem ser desconsideradas a capacidade térmica do recipiente e a variação da massa de gás no seu interior devido à queima da vela. 14. (Uerj 015) Um mergulhador precisa encher seu tanque de mergulho, cuja capacidade é 3 de 1,4 10 m, a uma pressão de 140 atm e sob temperatura constante. O volume de ar, em m 3, necessário para essa operação, à pressão atmosférica de 1 atm, é aproximadamente igual a: a) 1 4 b) 1 c) d) (Uerj 015) Para aquecer 1L de água contida em um recipiente de capacidade térmica desprezível, uma pessoa dispõe de um aquecedor elétrico portátil cuja potência é de 173 W, quando submetido a uma tensão de 17V. Considere que toda a energia fornecida pelo aquecedor seja absorvida pela água. Nessas condições, calcule a variação de temperatura da água após o aquecedor inserido no recipiente ficar ligado por 165 segundos. 16. (Unesp 015) A energia contida nos alimentos Para determinar o valor energético de um alimento, podemos queimar certa quantidade desse produto e, com o calor liberado, aquecer determinada massa de água. Em seguida, mede-se a variação de temperatura sofrida pela água depois que todo o produto foi queimado, e determina-se a quantidade de energia liberada na queima do alimento. Essa é a energia que tal alimento nos fornece se for ingerido. No rótulo de um pacote de castanha de caju, está impressa a tabela a seguir, com informações nutricionais sobre o produto. Página 6 de 3

7 INFORMAÇÃO NUTRICIONAL Porção 15 g Quantidade por porção Valor energético 90 kcal Carboidratos 4, g Proteínas 3 g Gorduras totais 7,3 g Gorduras saturadas 1,5 g Gordura trans 0 g Fibra alimentar 1 g Sódio 45 g Considere que 150 g de castanha tenham sido queimados e que determinada massa m de água, submetida à chama dessa combustão, tenha sido aquecida de 15 C para 87 C. Sabendo que o calor específico da água líquida é igual a 1cal (g C) e que apenas 60% da energia liberada na combustão tenha efetivamente sido utilizada para aquecer a água, é correto afirmar que a massa m, em gramas, de água aquecida era igual a a) b) c) d) e) (G1 - cps 015) Um dos materiais que a artista Gilda Prieto utiliza em suas esculturas é o bronze. Esse material apresenta calor específico igual a 0, 09 cal / (g C), ou seja, necessita-se de 0,09 caloria para se elevar em 1 grau Celsius a temperatura de 1 grama de bronze. Se a escultura apresentada tem uma massa de bronze igual a 300 g, para que essa massa aumente sua temperatura em C, deve absorver uma quantidade de calor, em calorias, igual a a) 6. b) 18. c) 7. d) 36. e) 54. Página 7 de 3

8 18. (Ufsc 015) Para determinar o equivalente mecânico do calor, faz-se um experimento que consiste em deixar cair um recipiente muito resistente com água de uma altura h em relação ao solo. O recipiente é termicamente isolado para impedir trocas de calor com o meio, mas contém um termômetro acoplado para medir as variações de temperatura T da água. As colisões com o solo são inelásticas e toda a energia é transferida para a água. O gráfico abaixo foi obtido com dados do experimento realizado com 1,0 kg de água. Considere g 10m / s. Sobre o assunto tratado e com base no gráfico acima, é CORRETO afirmar que: 01) para a temperatura da água ser elevada em 1C, a altura h deve ser de 800m. 0) lançar o recipiente térmico com velocidades iniciais diferentes de zero levaria a maiores aumentos de temperatura da água do que os apresentados, para as mesmas alturas h do gráfico. 04) a variação da temperatura da água é diretamente proporcional à massa da água. 08) perdas na forma de energia sonora poderiam ser consideradas no experimento. 16) o equivalente mecânico do calor obtido a partir do gráfico é 1,0 cal 4,0 J. 19. (Uerj 015) Um corpo de massa igual a 500g, aquecido por uma fonte térmica cuja potência é constante e igual a 100cal / min, absorve integralmente toda a energia fornecida por essa fonte. Observe no gráfico a variação de temperatura do corpo em função do tempo. Calcule o calor específico da substância da qual o corpo é composto, bem como a capacidade térmica desse corpo. 0. (Pucpr 015) Um gás é confinado dentro de um sistema formado por um pistão e um cilindro de paredes termicamente condutoras. O cilindro é imerso em um banho formado por uma mistura de água e gelo a 0 C. O gás é submetido a um processo cíclico de modo a produzir o diagrama PV mostrado na figura. Se a área delimitada pelo ciclo é equivalente ao trabalho de 600 J J e considerando o calor latente de fusão do gelo igual a 3,0 10 J / kg, qual a massa de gelo que derrete durante esse processo? Considere que as trocas de calor ocorrem somente entre o gás e a mistura. Página 8 de 3

9 a),0 g. b) 1,0 g. c) 10 g. d) 3,0 g. e) 5,0 g. 1. (Ueg 015) A mudança do estado físico de determinada substância pode ser avaliada em função da variação da temperatura em relação ao tempo, conforme o gráfico a seguir. Considere que a 0 C o composto encontra-se no estado sólido. No gráfico, encontra-se a substância no estado líquido nos pontos a) I, II e IV b) III, IV e V c) II, III e IV d) I, III e V. (G1 - cftmg 015) Um aluno, ao colocar sua mão sobre o objeto 1, tem a sensação de que o objeto está quente e uma aluna, ao colocar sua mão sobre o objeto, tem a sensação de que o mesmo está frio. O professor analisou essa situação, apresentando as seguintes afirmativas: I. A temperatura da mão do aluno é maior que a do objeto 1. II. A temperatura do objeto é menor que a da mão da aluna. III. O objeto 1 transfere calor para a mão do aluno. IV. O objeto transfere frio para a mão da aluna. Sobre as afirmativas do professor, são corretas apenas a) I e III. b) I e IV. c) II e III. d) II e IV. Página 9 de 3

10 3. (Ufsm 015) Um dos métodos de obtenção de sal consiste em armazenar água do mar em grandes tanques abertos, de modo que a exposição ao sol promova a evaporação da água e o resíduo restante contendo sal possa ser, finalmente, processado. A respeito do processo de evaporação da água, analise as afirmações a seguir. I. A água do tanque evapora porque sua temperatura alcança 100 C. II. Ao absorver radiação solar, a energia cinética de algumas moléculas de água aumenta, e parte delas escapa para a atmosfera. III. Durante o processo, linhas de convecção se formam no tanque, garantindo a continuidade do processo até que toda a água seja evaporada. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) I, II e III. 4. (Ufsm 015) Em 009, foi construído na Bolívia um hotel com a seguinte peculiaridade: todas as suas paredes são formadas por blocos de sal cristalino. Uma das características físicas desse material é sua condutividade térmica relativamente baixa, igual a 6 W / (m C). A figura a seguir mostra como a temperatura varia através da parede do prédio. Qual é o valor, em W / m, do módulo do fluxo de calor por unidade de área que atravessa a parede? a) 15. b) 800. c) 100. d) 400. e) (Ufsc 015) Recentemente, a revista Popular Mechanics em conjunto com o canal History elaboraram uma lista com 101 invenções que mudaram o mundo. Grandes invenções modificam o comportamento da sociedade, introduzindo praticidade e conforto, mas também novos problemas. Muitas delas envolvem fenômenos e princípios físicos que explicam seu funcionamento. Na tabela abaixo, são apresentadas as invenções eleitas como as vinte mais importantes. 01. Smartphone 08. Fonógrafo 15. Modem 0. Rádio 09. Despertador 16. Rádio transistor 03. Televisão 10. Lâmpada 17. GPS 04. Seringa hipodérmica 11. Pilha 18. Aspirador de pó Página 10 de 3

11 05. Computador pessoal 1. Bicicleta 19. Câmera fotográfica compacta 06. Aparelho de ar condicionado 13. Palito de fósforo 0. Controle remoto 07. Telefone 14. Máquina de escrever Sobre o assunto tratado acima, é CORRETO afirmar que: 01) nas lâmpadas incandescentes ocorre o efeito Joule, que provoca o aquecimento do filamento de tungstênio (resistor). 0) o controle remoto opera com a emissão de ondas mecânicas transversais. 04) como transfere calor de uma fonte fria para uma fonte quente, o aparelho de ar condicionado viola a Segunda Lei da Termodinâmica. 08) a velocidade de translação de uma bicicleta pode ser alterada pela modificação da razão Raio da coroa pelo Raio da catraca, que estão ligadas aos pedais e à roda. 16) parte do funcionamento das televisões analógicas antigas é devido à deflexão (desvio) de um feixe de elétrons por um campo eletromagnético. 3) quando você fala com alguém ao telefone, as ondas eletromagnéticas da sua voz se propagam através da rede telefônica. 64) dentro de um aspirador de pó, a pressão do ar é menor do que na parte externa, fazendo com que as partículas de sujeira sejam sugadas para seu interior. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Recentemente, uma equipe de astrônomos afirmou ter identificado uma estrela com dimensões comparáveis às da Terra, composta predominantemente de diamante. Por ser muito frio, o astro, possivelmente uma estrela anã branca, teria tido o carbono de sua composição cristalizado em forma de um diamante praticamente do tamanho da Terra. 6. (Unicamp 015) Os cálculos dos pesquisadores sugerem que a temperatura média dessa estrela é de Ti.700 C. Considere uma estrela como um corpo homogêneo de massa 4 M 6,0 10 kg constituída de um material com calor específico c 0,5 kj / (kg C). A quantidade de calor que deve ser perdida pela estrela para que ela atinja uma temperatura final de Tf 700 C é igual a a) b) c) d) 7 4,0 10 kj. 7 6,0 10 kj. 7 8,1 10 kj. 7,1 10 kj. 7. (G1 - ifsc 015) Pedrinho estava com muita sede e encheu um copo com água bem gelada. Antes de beber observou que o copo ficou todo suado por fora, ou seja, cheio de pequenas gotículas de água na superfície externa do copo. É CORRETO afirmar que tal fenômeno é explicado: a) pela sublimação da água existente no copo. b) pela porosidade do copo que permitiu que parte da água gelada passasse para o lado de fora do copo. c) pela vaporização da água do copo para fora do copo. d) pelas correntes de convecção formada em função do aquecimento da água gelada pelo meio ambiente. e) pela condensação dos vapores de água da atmosfera em contato com o copo gelado. 8. (Ueg 015) As propriedades físicas dos líquidos podem ser comparadas a partir de um gráfico de pressão de vapor em função da temperatura, como mostrado no gráfico hipotético a seguir para as substâncias A, B, C e D. Página 11 de 3

12 Segundo o gráfico, o líquido mais volátil será a substância a) A b) B c) C d) D Página 1 de 3

13 Gabarito: Resposta da questão 1: [C] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] Os conceitos básicos da Termodinâmica foram alavancados a partir de 1698 com a invenção da primeira térmica, uma bomba d'água que funcionava com vapor, criada por Thomas Severy para retirar água das minas de carvão, na Inglaterra. A partir daí, essa máquina foi sendo cada vez mais aprimorada com a contribuição de vários engenheiros, inventores e construtores de instrumentos, como James Watt. Por volta de 1760, a máquina térmica já era um sucesso, tendo importante contribuição na Revolução Industrial. [Resposta do ponto de vista da disciplina de História] A Primeira Revolução Industrial revolucionou a maneira como se produziam as mercadorias, em especial com a criação de maquinários movidos a vapor. Na Inglaterra da década de 1770, o mercado de tecidos, os transportes (como trens e navios) e as comunicações funcionavam a partir de máquina a vapor. Logo, a termodinâmica está relacionada à Revolução Industrial. Resposta da questão : 9 11 Dados: f 15 m; D 1,5 10 m; L 1,5 10 m. a) O Sol comporta-se como objeto impróprio para o espelho, portanto a imagem forma-se no foco principal. Assim, p' = 15 m, conforme ilustra a figura. Sendo D o diâmetro da imagem, por semelhança de triângulos: D f D D D L ,5 10 1, Sol D 0,15 m. b) Dados: DE 10 m; S1 1 kw/m. A densidade de potência (S) é a razão entre a potência recebida e a área de captação (A). Pela conservação da energia: Página 13 de 3

14 professordanilo.com P P1 A1 S1 π D π D S P A S E S1 S A P A S 4 4 D S E S D 0,15 6 S 4,44 10 W/m. c) Dados: m 0,6 kg 600 g; Δt 4 s; c 1 J / g K. Como todo calor recebido é usado no aquecimento do disco de alumínio, temos: A1 S1 Δt Q P Δt m c ΔT A1 S1 Δt ΔT m c ΔT ΔT 500 K. Resposta da questão 3: 3 8 a) Dados: NA 6 10 ; P 3, 10 Pa; T 300 K; R 8 J/mol K. Sendo n o número de mols, o número de partículas (N) é: N N n N A n. NA Aplicando a equação de Clapeyron: 3 8 N N NA P , 10 n RT P V R T P V N V R T A N moléculas 3. V m 3 3 b) Dados: pint p0 1 atm; ρ 10 kg/m ; h 100 m; g 10 m/s. A pressão suportada pela carcaça é o módulo da diferença entre as pressões externa e interna. Assim: 3 ρ ρ Psub Pext Pint P0 g h P 0 Psub g h Psub Pa. 5 Pnave Pint Pext P0 0 Pnave 1 atm Pnave 10 Pa. Psub Pnave Psub Pnave Resposta da questão 4: a) Teremos: Página 14 de 3

15 professordanilo.com Como se trata de uma situação de equilíbrio, o empuxo e o peso têm mesma intensidade. m 0 3 E P dsuco Vi g m g V i Vi 0 cm. d 1 suco b) Como os sistema é termicamente isolado, o somatório dos calores trocados é nulo. Q copo Q suco Q gelo Qágua 0 Δθ Δθ Δθ C m c m L f m c 0 copo suco gelo água θ θ θ θ θ θ 0 θ 00 θ 10 C. Resposta da questão 5: As variações de temperatura nas escalas Celsius ( θ ) e Kelvin (T) são numericamente iguais. Δθ 4,5 3,5 8 C ΔT 8 K. Resposta da questão 6: a) O trabalho do ciclo ABCDA representado na figura corresponde à área da figura, considerando o sentido horário teremos um trabalho positivo. Os segmentos AB e CD em que temos uma transformação isocórica (volume constante) terão trabalho nulo. No seguimento BC teremos uma expansão volumétrica isobárica conduzindo a um trabalho positivo (gás realizando trabalho sobre o meio externo) e no seguimento DA teremos o gás recebendo trabalho do meio externo, ou seja, um trabalho negativo referente a uma contração de volume à pressão constante. A expressão do trabalho isobárico fica τ p Δ V Onde τ trabalho realizado ( ) ou recebido pelo gás ( ) em joules (J) p pressão do gás em Pascal ΔV variação de volume do gás (Pa N m ) 3 (m ) τ BC 15Pa (6 3 )m 60J e 3 τda 5Pa ( 6)m 0J O trabalho do ciclo é τciclo J Página 15 de 3

16 Ou ainda pela área do retângulo 3 τciclo (15 5)Pa (6 )m 40J b) Para calcularmos a maior e a menor temperatura do sistema devemos lembrar os gráficos de isotermas, através da Lei de Boyle-Mariotti Observando o gráfico dado notamos que os pontos de maior e menor temperaturas absolutas são respectivamente C e A. Para calcularmos estes valores de temperatura, lançamos mão da equação de estados dos Gases Ideais pv nrt Onde p pressão do gás em Pascal (Pa N m ) 3 V volume do gás (m ) n número de mols do gás (mol) R constante universal dos gases ideais (fornecido no problema) T temperatura absoluta (K) Isolando T e calculando as temperaturas para os pontos C e A, temos: A maior temperatura 3 15Pa 6m TC 11,5K J 1mol 8 molk E a menor temperatura 3 5Pa m TA 1,5K J 1mol 8 molk Resposta da questão 7: [C] Analisando as afirmativas, temos: [I] (Falsa) Em um processo isotérmico, a energia interna não varia, e, portanto sua variação é nula ΔU 0; [II] (Verdadeira) Não há troca de calor em um processo adiabático e como temos uma expansão o trabalho que o gás realiza se dá à custa da energia interna causando um resfriamento do sistema. ΔU W; Página 16 de 3

17 [III] (Verdadeira) Neste caso temos a situação inversa da afirmativa [II], uma compressão adiabática em que o calor é zero, logo haverá um aquecimento do gás graças ao trabalho exercido sobre o gás. ΔU W; [IV] (Verdadeira) O trabalho útil do ciclo τ corresponde à área sob as curvas A ou ainda pela diferença de calor entre a fonte quente e a fonte fria: τ QQ Q F; [V] (Falsa) A Segunda Lei da Termodinâmica diz que é impossível construir uma máquina que obedeça ao ciclo de Carnot com um rendimento de 100%, visto que é impossível converter o calor de forma integral em trabalho. Sendo assim, a alternativa correta é [C]. Resposta da questão 8: [E] [I] Incorreta. Como o ciclo é anti-horário, o trabalho é negativo e seu módulo é numericamente igual a área do ciclo. [II] Correta. A energia interna (U) é diretamente proporcional ao produto pressão volume. Assim: pc VC pa V A UC U A. [III] Correta. Na transformação A B, ocorre expansão, indicando que o gás realiza trabalho (W 0). Como há também aumento da energia interna ( ΔU 0). Pela 1ª Lei da Termodinâmica: Q ΔU W Q 0 o gás recebe calor. Resposta da questão 9: Sem resposta. Gabarito Oficial: [C] Gabarito SuperPro : Sem resposta. Há problemas no enunciado desta questão. Da maneira como foi publicada nada se pode afirmar. Nenhuma das situações propostas cita tratar-se de um ciclo termodinâmico. Além disto, não é possível determinar a origem da energia cinética de 100 J. Resposta da questão 10: [A] O rendimento de uma máquina térmica é máximo quando a menor parte da energia térmica retirada da fonte quente for rejeitada para a fonte fria. Resposta da questão 11: a) Usaremos a 1ª Lei da Termodinâmica ΔU Q W e como na transformação 1 não temos variação de volume ( ΔV 0) não haverá realização de trabalho (W 0) e tivemos absorção de calor (Q 00 J), sendo assim ΔU Q, ou seja, ΔU 00J. b) Neste caso, como dispomos da temperatura do ponto, usaremos a Lei dos gases ideais para os pontos e 5. O sistema é fechado, logo não há perdas de massa para o exterior. p5v5 pv T5 T retirando os valores do gráfico p0v0 p0v0 T5 T T5 60 C. T 5 T o c) Sabendo que a energia interna depende da somente da temperatura para a condição de gás ideal, para a transformação de 5 temos que a variação da energia interna é nula Página 17 de 3

18 professordanilo.com ( ΔU5 0), pois T5 T. Logo, a variação da energia interna de 1 5 é igual à transformação 1 já calculada anteriormente. Portanto, ΔU15 ΔU1 ΔU5 ΔU15 00 J 0 ΔU15 00 J. Resposta da questão 1: [C] Observação: Os dados sobre os calores trocados nas transformações FG e HI são incompatíveis com as equações dos gases ideais, seja ele monoatômico ou diatômico. Para um gás ideal e monoatômico, os valores corretos são: QFG 10 0,50 0, kj. 5 Q p ΔV QHI 110 0, , ,5 kj. Usando a Primeira Lei da Termodinâmica, calculamos a variação da Energia Interna em cada uma das transformações: ΔU Q W ,50 0, ΔU 130 kj. FG FG FG FG ΔUGH 0 (isotérmica) ΔUHI QHI WHI , ΔU FG 145 kj. Num ciclo, a variação da Energia Interna é nula e igual ao somatório das variações de energia interna nas transformações parciais. Assim: ΔUFG ΔUGH ΔUHI ΔUIJ ΔU ciclo ΔU IJ 0 ΔUIJ ΔUIJ 15 kj. Resposta da questão 13: 4 a) Dados: Δ E 3,6 10 J/g; m m Δt 0,1g/min. Usando análise dimensional: E E m 4 J g J J W Δ Δ P 3,6 10 0, Δt m Δt g min min 60 s W 60 W. b) Dado: m =,5 g. Usando os dados e resultados do item anterior e análise dimensional, vem: J,5 g 4 E E 9 10 J. min g 0,1 min c) Dados: p0 1 atm; V0 750 l; Cv 30 J atm l J ; R 0,08 8 ; mol K mol K mol K T0 7 C 300 K; 1 mol 5 l. O excesso de dados com valores aproximados e inconsistentes permite duas resoluções que chegam a diferentes resultados. Calculando o número de mols: Página 18 de 3

19 professordanilo.com - Pela equação de Clapeyron: p0 V p0 V n R T 0 n n 31,5 mol. R T 0, Por proporção direta: 5 l 1 mol 750 n n 30 mol. 750 l n 5 Nota: por comodidade, será usado nos cálculos a seguir o segundo resultado: n = 30 mol. - A energia liberada pela queima da vela é absorvida pelo ar na forma de calor, aquecendo o ar do recipiente. 4 Q 9 10 E Q n Cv ΔT ΔT ΔT 100 K 100 C. n Cv A queima da vela ocorre a volume constante, portanto toda a energia liberada é usada para aumentar a energia interna do gás. Como o ar deve ser tratado como gás perfeito, usando a expressão da variação da energia interna para um gás diatômico, vem: 4 5 ΔU 9 10 E ΔU n R ΔT ΔT ΔT 75 K 75 C. 5 n R Nota: por comodidade, será usado nos cálculos a seguir o primeiro resultado: ΔT 100K. d) Aplicando a equação geral dos gases ideais: p0 V p V 1 p 4 p atm p 1,33 atm. T 0 T0 ΔT Resposta da questão 14: [C] Considerando o processo isotérmico e comportamento de gás perfeito para o ar, da equação geral dos gases: p V p0 V , V V m T T0 3 V m. Resposta da questão 15: Dados: P 1.73 W; V 1 L m g; Δt 165 s; c 4, J/g C. Q m c ΔT Q P Q PΔt Δt PΔt m c ΔT PΔt ΔT m c , ΔT 50 C. Resposta da questão 16: [D] Em 150 g de castanha temos 10 porções. Portanto, da tabela, a energia liberada nessa queima é: E kcal E cal. Como somente 60% dessa energia são usados no aquecimento da água, aplicando a equação Página 19 de 3

20 professordanilo.com do calor sensível, temos: 0,6 E 0, Q m c Δθ 0,6 E m c Δθ m c Δθ m g. Resposta da questão 17: [E] Q m c Δθ 300 0,09 Q 54 cal. Resposta da questão 18: = 10. [01] (Falsa) Se a variação de temperatura foi de 0,3 graus para aproximadamente 100 m então para atingir 1 grau a altura deve ser próxima de 500 m. [0] (Verdadeira) A energia cinética adicional se somaria à energia potencial gravitacional que se transfere integralmente para a água, elevando mais a temperatura. [04] (Falsa) Na realidade a altura da queda é diretamente proporcional à variação de temperatura da água. [08] (Verdadeira) A energia total se conserva e, portanto a energia sonora produzida no choque poderia dar mais precisão para o experimento, pois representa um fator de perda da energia mecânica inicial além do atrito com o ar e com o choque no solo. [16] (Falsa) Calculando com a expressão do calor sensível, temos: Q m c Δ T cal Q 1000g 1 0,3 C 300cal g C Resposta da questão 19: Dados: m 500 g; P 100 cal/min. Q m c ΔT Q P Q PΔt Δt PΔt m c ΔT PΔt c m ΔT c 0,15 cal/g C. C m c 500 0,15 C 75 cal/ C. Resposta da questão 0: [A] O trabalho realizado pelo ciclo será convertido em calor que será transmitido para o banho por intermédio de sua superfície condutora provocando o derretimento de parte do gelo. Este derretimento é calculado com o calor latente, dado pela expressão: Q m L f Onde, m massa em quilogramas de gelo que sofre derretimento (kg); Lf calor latente de fusão do gelo (J/kg) Q quantidade de calor (J) Então a massa de gelo derretido será: Página 0 de 3

21 Q 600J m 0,00kg g L f 5 J 3 10 kg Resposta da questão 1: [C] Ao ser submetida ao aquecimento de uma substância pura que esteja no estado sólido, teremos dois pontos em que a temperatura permanece constante à pressão constante. Primeiramente há o aquecimento do sólido até o momento em que alcançado o ponto de fusão onde encontramos duas fases distintas (sólido e líquido) sem que haja alteração da temperatura (região II do gráfico). Ao derreter todo o sólido, resta apenas o líquido que ao absorver mais calor aumenta sua temperatura até que a pressão de vapor atinja a pressão atmosférica (região III), neste ponto estamos diante de mais uma mudança de fase (líquido para vapor) e a temperatura permanece constante até que todo o líquido vaporize (região IV). No gráfico temos líquido quando começa a fusão até o término da vaporização, ou seja, corresponde aos pontos II, III e IV. Resposta da questão : [C] [I] Incorreta. A temperatura da mão do aluno é menor, pois se ele tem a sensação térmica de que o objeto 1 está quente é porque esse objeto transfere calor para suas mãos. [II] Correta. Se ela teve a sensação térmica de que o objeto está frio é porque ela perde transfere calor para ele. Logo, a temperatura do objeto é menor que a da mão dela. [III] Correta. Já justificado em [I]. [IV] Incorreta. Não existe transferência de frio. Resposta da questão 3: [B] Justificando as incorretas: [I] Incorreta. A evaporação é um processo de vaporização que ocorre abaixo da temperatura de ebulição. [II] Correta. [III] Incorreta. Não ocorre convecção porque a água quente, menos densa, está na superfície, não realizando movimento descendente. Resposta da questão 4: [D] De acordo com a equação de Fourier, o fluxo Φ por unidade de área (A) é: Φ k ΔT Φ 400 W/m. A Δx 0,5 0,15 0,1 A Resposta da questão 5: = 89. [01] (Verdadeira) O efeito Joule refere-se ao aquecimento de um condutor pela passagem da corrente elétrica, isto é, há a transformação de energia elétrica em energia térmica. No caso da lâmpada incandescente além do calor produzido pela passagem da corrente elétrica temos a produção de luz. [0] (Falsa) O controle remoto emite ondas eletromagnéticas transversais que são basicamente ondas de rádio e não dependem de meio material para se propagarem como as ondas mecânicas. [04] (Falsa) Violaria se esse processo fosse espontâneo como preconiza a Segunda Lei, porém para que os aparelhos de ar condicionado funcionem dessa forma, é necessário um Página 1 de 3

22 fornecimento externo de energia que ocorre através de um compressor que realiza trabalho mecânico sobre uma substância refrigerante, tornando possível o sentido inverso da troca de calor. [08] (Verdadeira) Este princípio está por trás do sistema de marchas utilizado nas bicicletas mais modernas em que se a relação entre os raios da coroa e da catraca for pequena estamos na condição em que precisamos subir uma elevação e a velocidade e o torque são menores (catraca maior) ao passo que para a relação entre coroa/catraca maior temos velocidade maior e usamos a catraca menor, porém com maior torque. Em síntese, como a roda traseira da bicicleta e a catraca tem a mesma velocidade angular (giram no mesmo tempo), quanto menor for a catraca maior será a velocidade para uma mesma frequência de pedalada. [16] (Verdadeira) A imagem da maioria das televisões antigas se baseava em varrer a tela com emissão de elétrons formadores da imagem que eram desviados para todos os cantos da tela com um campo magnético direcionador. [3] (Falsa) Na realidade a voz é uma onda mecânica, pois necessita de meio material para se propagar. O telefone transforma a voz em impulsos elétricos que é transmitida pelos fios no telefone fixo ou em ondas eletromagnéticas no caso do celular até o seu destino final onde um transdutor refaz a voz novamente. [64] (Verdadeira) O aspirador de pó consegue sugar sujeiras e poeira através da diferença de pressão causada pelo seu funcionamento sendo o mesmo princípio do uso de canudos para beber refrigerantes. Em seu interior há um ventilador poderoso com hélices inclinadas puxando o ar externo com muita rapidez provocando na entrada de ar uma diferença de pressão suficiente para sugar para seu interior tudo o que for capaz de passar pelo orifício de entrada. O ar escapa na parte superior do filtro poroso e o pó fica retido na parte inferior. Resposta da questão 6: [B] 4 7 Q M c Δθ , Q 6 10 kj. Resposta da questão 7: [E] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] A água gelada presente no copo provoca uma diferença de temperatura entre a parte interna e externa do copo, as moléculas de água presente da atmosfera, ao encontrar a superfície mais fria do copo, fornece calor para ela, fazendo com que a água condense, ou seja, passe para o estado líquido, formando gotículas de água nas paredes do copo. [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] A água gelada contida no copo resfria a parede externa do copo. O ar em contato com essa parede também se resfria, atingindo, para a pressão ambiente, temperatura menor que a do ponto de condensação dos vapores de água nele contido, que passam, então, para a fase líquida, conforme mostra o diagrama de fases da água, na figura a seguir. Página de 3

23 Resposta da questão 8: [A] [Resposta do ponto de vista da disciplina de Química] Um aumento na temperatura provoca um aumento na pressão de vapor para todos esses líquidos. Observamos que na linha pontilhada vertical, à mesma temperatura, cada um dos líquidos apresenta uma pressão de vapor diferente. Assim o líquido que volatiliza primeiro é a substância A e o que menos volatiliza é a substância D. Observamos de acordo com o gráfico que à 760 mmhg (linha pontilhada horizontal) mostra que para se atingir uma mesma pressão de vapor a substância menos volátil (D) irá necessitar de uma temperatura maior que a mais volátil (A). [Resposta do ponto de vista da disciplina de Física] Comparando os quatro líquidos entre si através das curvas de vaporização apresentadas no gráfico acima, notamos que para uma dada temperatura fixa (coluna vertical) para os quatro líquidos, o líquido A apresenta maior pressão de vapor, sendo assim, de todos os componentes é o líquido que possui o mais baixo ponto de ebulição sendo o mais volátil de todos. A constatação também pode ser feita para uma mesma pressão (linha horizontal) em que ao cruzar pelas curvas de vaporização nos informam a temperatura de ebulição para esta pressão. Por exemplo: Para a pressão de 760 mm Hg, a ordem crescente dos pontos de ebulição ( PE ) é: PEA PEB PEC PE D. Sendo A o mais volátil. Página 3 de 3