QUESTÕES VESTIBULAR R2-C

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1 1. (Uem 2012) Sobre o consumo e a transformação da energia, assinale o que for correto. 01) Ao realizar exercícios físicos, é possível sentir a temperatura do corpo aumentar. Isso ocorre porque as células musculares estão se contraindo e, para isso, estão realizando várias reações exergônicas (exotérmicas). 02) Durante o processo de combustão biológica, a energia é liberada de uma só vez, na forma de calor, que é entendido como uma forma de energia em trânsito. 04) Os organismos autótrofos, como algas e plantas, conseguem transformar a energia química do ATP em energia luminosa, obedecendo à lei da conservação da energia. 08) A transformação da energia química do ATP em energia mecânica, como na contração muscular em um mamífero, obedece à primeira lei da termodinâmica. 16) De acordo com a primeira lei da termodinâmica, pode-se dizer que o princípio da conservação da energia é válido para qualquer sistema físico isolado. 2. (Uepg 2017) Uma máquina térmica funciona realizando o ciclo de Carnot. Em cada ciclo, ela realiza certa quantidade de trabalho útil. A máquina possui um rendimento de 25% e são retirados, por ciclo, J de calor da fonte quente que está a uma temperatura de 227 C. Sobre o assunto, assinale o que for correto. 01) O trabalho útil fornecido pela máquina térmica é J. 02) O ciclo de Carnot consta de duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isotérmicas. 04) Nenhum ciclo teórico reversível pode ter um rendimento maior do que o do ciclo de Carnot. 08) A quantidade de calor fornecida para a fonte fria é J. 16) A temperatura da fonte fria é 102 C. 3. (Uel 2017) Atualmente, os combustíveis mais utilizados para o abastecimento dos carros de passeio, no Brasil, são o etanol e a gasolina. Essa utilização somente é possível porque os motores desses automóveis funcionam em ciclos termodinâmicos, recebendo combustível e convertendo-o em trabalho útil. Com base nos conhecimentos sobre ciclos termodinâmicos, assinale a alternativa que apresenta corretamente o diagrama da pressão (P) versus volume (V) de um motor a gasolina. a) b) c) Página 1 de 15

2 d) e) 4. (Ufpr 2017) Uma máquina térmica teórica ideal teve um dimensionamento tal que, a cada ciclo, ela realizaria trabalho de 50 cal e cederia 150 cal para a fonte fria. A temperatura prevista para a fonte quente seria de 127 C. Determine: a) O rendimento dessa máquina térmica. b) A temperatura prevista para a fonte fria, em graus Celsius. 5. (Uel 2017) Considere o diagrama pv da figura a seguir. O ciclo fechado ao longo do percurso abcda é denominado ciclo Otto e representa o modelo idealizado dos processos termodinâmicos que ocorrem durante o funcionamento de um motor a gasolina. O calor recebido pelo motor, dado por Q, 1 é fornecido pela queima da gasolina no interior do motor. W representa o trabalho realizado pelo motor em cada ciclo de operação, e Q 2 é o calor rejeitado pelo motor, por meio da liberação dos gases de exaustão pelo escapamento e também via sistema de arrefecimento. Considerando um motor que recebe J de calor e que realiza 875 J de trabalho em cada ciclo de operação, responda aos itens a seguir. 4 J a) Sabendo que o calor latente de vaporização da gasolina vale 5 10, determine a massa g de gasolina utilizada em cada ciclo de operação do motor. b) Sabendo que, em um ciclo termodinâmico fechado, a soma das quantidades de calor envolvidas no processo é igual ao trabalho realizado no ciclo, determine a quantidade de calor rejeitada durante cada ciclo de operação do motor. 6. (Enem 2ª aplicação 2016) O motor de combustão interna, utilizado no transporte de pessoas Página 2 de 15

3 e cargas, é uma máquina térmica cujo ciclo consiste em quatro etapas: admissão, compressão, explosão/expansão e escape. Essas etapas estão representadas no diagrama da pressão em função do volume. Nos motores a gasolina, a mistura ar/combustível entra em combustão por uma centelha elétrica. Para o motor descrito, em qual ponto do ciclo é produzida a centelha elétrica? a) A b) B c) C d) D e) E 7. (Uem 2016) Considerando os princípios da termodinâmica e os conceitos de máquinas térmicas, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01) Uma pessoa coloca um pêndulo para oscilar e não mais toca o mesmo. Com o passar do tempo a altura máxima do pêndulo vai diminuindo. Consequentemente, a energia interna do sistema aumenta, pois o pêndulo absorve a energia cinética perdida. 02) Dois corpos possuem temperaturas diferentes. Se colocarmos estes dois corpos em contato, normalmente, de forma espontânea, a energia térmica do mais quente passará ao mais frio até que ocorra o equilíbrio térmico. Porém, existem situações onde o único efeito é trânsito espontâneo da energia térmica de um corpo mais frio para outro mais quente. 04) No Brasil a maioria dos carros, movidos a álcool ou a gasolina, utilizam motores de combustão interna de quatro tempos, de acordo com o ciclo de Otto. Neste tipo de sistema a energia é fornecida na forma de calor por meio da queima do combustível. 08) Uma geladeira recebe trabalho (por meio da energia elétrica proveniente da rede elétrica) e o usa de modo a retirar energia sob a forma de calor do seu interior, transferindo-a por condução para o exterior. 16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas, irreversíveis. Uma máquina térmica construída utilizando esse ciclo apresenta um menor rendimento quando comparado com uma que trabalha utilizando o ciclo de Otto. 8. (Enem 2ª aplicação 2016) Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento. Tal limitação ocorre porque essas máquinas a) realizam trabalho mecânico. b) produzem aumento da entropia. c) utilizam transformações adiabáticas. Página 3 de 15

4 d) contrariam a lei da conservação de energia. e) funcionam com temperatura igual à da fonte quente. 9. (Uem 2016) Um determinado gás (considerado ideal) é submetido a um processo de mudança de temperatura. Esse processo consiste em armazenar o gás em um recipiente e colocá-lo em uma câmara com temperatura constante igual a T. c Durante todo o processo, o gás permanece dentro do recipiente com volume constante e a sua temperatura, t segundos t após o início do processo, é dada pela função T(t) Tc k 10, onde k é uma constante que depende das condições iniciais do processo. Sobre esse procedimento, assinale o que for correto. 01) Se k 0 então o processo é de resfriamento do gás. 02) Se k 0 então a pressão do gás durante o processo aumenta. 04) Se k 0 então o processo é isobárico. 08) A constante k é a diferença entre a temperatura inicial do gás e a temperatura da câmara. 16) A pressão do gás, t segundos após o início do processo, é representada por uma função t da forma P(t) A B 10, onde A e B são constantes. 10. (Uepg 2016) Assinale o que for correto. 01) O calor pode ser considerado como a transferência de energia entre dois corpos que apresentam uma diferença de temperatura. 02) A energia que um sistema absorve sob a forma de calor ou trabalho sempre faz com que sua energia interna aumente. 04) Para que haja a transferência de calor entre dois corpos que possuem temperaturas diferentes é necessário que os corpos estejam em contato físico. 08) Temperatura é uma propriedade que determina se um sistema estará ou não em equilíbrio térmico com outro, representando, pois, uma medida do estado de agitação das partículas deste corpo. 16) O trabalho é também um modo de transferir energia. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Leia o texto a seguir e responda à(s) questão(ões). A vida em grandes metrópoles apresenta atributos que consideramos sinônimos de progresso, como facilidades de acesso aos bens de consumo, oportunidades de trabalho, lazer, serviços, educação, saúde etc. Por outro lado, em algumas delas, devido à grandiosidade dessas cidades e aos milhões de cidadãos que ali moram, existem muito mais problemas do que benefícios. Seus habitantes sabem como são complicados o trânsito, a segurança pública, a poluição, os problemas ambientais, a habitação etc. Sem dúvida, são desafios que exigem muito esforço não só dos governantes, mas também de todas as pessoas que vivem nesses lugares. Essas cidades convivem ao mesmo tempo com a ordem e o caos, com a pobreza e a riqueza, com a beleza e a feiura. A tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza. Para que ocorra a organização, é necessária alguma ação que restabeleça a ordem. É o que acontece nas grandes cidades: despoluir um rio, melhorar a condição de vida dos seus habitantes e diminuir a violência, por exemplo, são tarefas que exigem muito trabalho e não acontecem espontaneamente. Se não houver qualquer ação nesse sentido, a tendência é que prevaleça a desorganização. Em nosso cotidiano, percebemos que é mais fácil deixarmos as coisas desorganizadas do que em ordem. A ordem tem seu preço. Portanto, percebemos que há um embate constante na manutenção da vida e do universo contra a desordem. A luta contra a desorganização é travada a cada momento por nós. Por exemplo, desde o momento da nossa concepção, a partir da fecundação do óvulo pelo espermatozoide, nosso organismo vai se desenvolvendo e ficando mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Entretanto, com o passar dos anos, envelhecemos e nosso corpo não consegue mais funcionar adequadamente, ocorre uma falha fatal e morremos. O que se observa na natureza é que a manutenção da ordem é fruto da ação das forças fundamentais, que, ao interagirem com a matéria, permitem que esta se organize. Desde a formação do nosso planeta, há cerca de 5 bilhões de anos, a vida somente conseguiu se desenvolver às custas de transformar a energia recebida pelo Sol em Página 4 de 15

5 uma forma útil, ou seja, capaz de manter a organização. Para tal, pagamos um preço alto: grande parte dessa energia é perdida, principalmente na forma de calor. Dessa forma, para que existamos, pagamos o preço de aumentar a desorganização do nosso planeta. Quando o Sol não puder mais fornecer essa energia, dentro de mais 5 bilhões de anos, não existirá mais vida na Terra. Com certeza a espécie humana já terá sido extinta muito antes disso. (Adaptado de: OLIVEIRA, A. O Caos e a Ordem. Ciência Hoje. Disponível em: < ordem>. Acesso em: 10 abr ) 11. (Uel 2016) Considerando a afirmação presente no texto a tendência das coisas de se desordenarem espontaneamente é uma característica fundamental da natureza, e com base nos conhecimentos sobre as leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta. a) Quando dois corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, ocorre a transferência espontânea de calor do corpo mais quente para o mais frio. b) O calor, gerado por um motor a explosão, pode ser convertido de maneira espontânea e integralmente em energia mecânica, elétrica, química ou nuclear. c) O nitrogênio e o hélio misturados e contidos em um recipiente se separam de modo espontâneo após o equilíbrio térmico do sistema. d) Uma máquina térmica perfeita opera, na prática, em ciclos, converte o calor integralmente em trabalho e é capaz de funcionar como um motoperpétuo. e) As moléculas de tinta que tingem uma porção de água de maneira homogênea tendem a se agrupar espontaneamente e com isso restaurar a gota de tinta original. 12. (Uel 2015) Analise o gráfico a seguir, que representa uma transformação cíclica ABCDA de 1mol de gás ideal. 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 13. (Enem 2015) O ar atmosférico pode ser utilizado para armazenar o excedente de energia gerada no sistema elétrico, diminuindo seu desperdício, por meio do seguinte processo: água e gás carbônico são inicialmente removidos do ar atmosférico e a massa de ar restante é resfriada até 198 C. Presente na proporção de 78% dessa massa de ar, o nitrogênio gasoso é liquefeito, ocupando um volume 700 vezes menor. A energia excedente do sistema elétrico é utilizada nesse processo, sendo parcialmente recuperada quando o nitrogênio líquido, exposto à temperatura ambiente, entra em ebulição e se expande, fazendo girar turbinas que convertem energia mecânica em energia elétrica. MACHADO, R. Disponível em Acesso em: 9 set (adaptado). Página 5 de 15

6 No processo descrito, o excedente de energia elétrica é armazenado pela a) expansão do nitrogênio durante a ebulição. b) absorção de calor pelo nitrogênio durante a ebulição. c) realização de trabalho sobre o nitrogênio durante a liquefação. d) retirada de água e gás carbônico da atmosfera antes do resfriamento. e) liberação de calor do nitrogênio para a vizinhança durante a liquefação. 14. (Ufpr 2015) O estudo da calorimetria e das leis da termodinâmica nos dá explicações para vários fenômenos encontrados na natureza. Considere o seguinte texto que apresenta a explicação, do ponto de vista dessas áreas da Física, para a formação das nuvens: Quando uma porção de ar aquecido sobe, contendo água que acabou de da superfície, passa a estar submetida a uma pressão cada vez. A rápida variação na pressão provoca uma rápida expansão do ar junto com uma redução de seu/sua. Essa rápida expansão é considerada, isto é, sem troca de calor com sua vizinhança, porque ocorre muito rapidamente. O gás em expansão energia interna ao se expandir, e isso acarreta seu resfriamento até atingir uma temperatura na qual a quantidade de vapor de água é suficiente para saturar o ar naquele ponto e assim formar as nuvens. Assinale a alternativa que preenche as lacunas corretamente. a) evaporar, menor, temperatura, adiabática, perde. b) condensar, menor, volume, adiabática, ganha. c) evaporar, maior, temperatura, isotérmica, ganha. d) condensar, maior, volume, isobárica, perde. e) sublimar, menor, temperatura, isotérmica, ganha. 15. (Enem 2014) Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possível fornecer calor ao gás e, com auxílio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores Δ h, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V. A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar a) maior pressão de vapor. b) menor massa molecular. c) maior compressibilidade. d) menor energia de ativação. e) menor capacidade calorífica. 16. (Uel 2014) Uma gota de álcool de 10 g, à temperatura de 70 C, cai em um reservatório com 1000 litros de água a 33 ºC. Página 6 de 15

7 Dados: Calor específico da água: 1,0 cal/g C Calor específico do álcool: 0,6 cal/g C Massa específica da água: 1000 kg/m 3 a) Calcule a quantidade de calor transferida para a água. b) Calcule a variação de entropia do reservatório de água. Sabendo que ΔS 0, o que se pode concluir da entropia da gota de álcool? Apresente os cálculos. 17. (Uel 2012) Um bloco de alumínio de massa 1 kg desce uma rampa sem atrito, de A até B, a partir do repouso, e entra numa camada de asfalto (de B até C) cujo coeficiente de atrito cinético é c 1,3, como apresentado na figura a seguir. O bloco atinge o repouso em C. Ao longo do percurso BC, a temperatura do bloco de alumínio se eleva até 33 ºC. Sabendo-se que a temperatura ambiente é de 32 ºC e que o processo de aumento de temperatura do bloco de alumínio ocorreu tão rápido que pode ser considerado como adiabático, qual é a variação da energia interna do bloco de alumínio quando este alcança o ponto C? Apresente os cálculos. Dado: ca = 0,22 cal/g ºC 18. (Uem 2012) 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. 19. (Uem 2012) Sobre as transformações termodinâmicas que podem ocorrer com um gás ideal confinado em um cilindro com pistão, assinale o que for correto. 01) Um gás ideal realiza trabalho ao se expandir, empurrando o pistão contra uma pressão externa. 02) Em uma transformação adiabática ocorre troca de calor com a vizinhança. 04) A energia interna de uma amostra de gás ideal não varia, quando este sofre uma transformação isovolumétrica. 08) Quando o gás ideal sofre uma compressão, o trabalho é realizado por um agente externo sobre o gás ideal. 16) O gás ideal não realiza trabalho em uma transformação isovolumétrica. 20. (Enem 2012) Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores à combustão e reduzir suas emissões de poluentes são a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar. Página 7 de 15

8 Disponível em: Acesso em: 22 jul (adaptado). No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado. b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal. c) o funcionamento cíclico de todo os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo. d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura. e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores. 21. (Uem 2011) Assinale o que for correto. 01) A energia interna total permanece constante em um sistema termodinâmico isolado. 02) Quando um sistema termodinâmico recebe calor, a variação na quantidade de calor que este possui é positiva. 04) O trabalho é positivo, quando é realizado por um agente externo sobre o sistema termodinâmico, e negativo, quando é realizado pelo próprio sistema. 08) Não ocorre troca de calor entre o sistema termodinâmico e o meio, em uma transformação adiabática. 16) Não ocorre variação da energia interna de um sistema termodinâmico, em uma transformação isotérmica. 22. (Uepg 2011) A 1ª lei da termodinâmica pode ser entendida como uma afirmação do princípio da conservação da energia. Sua expressão analítica é dada por U = Q, onde U corresponde à variação da energia interna do sistema, Q e, respectivamente, calor trocado e trabalho realizado. Sobre a 1ª lei da termodinâmica aplicada a transformações abertas, assinale o que for correto. 01) O sistema pode receber trabalho sem fornecer calor e sua energia interna aumenta. 02) O sistema pode receber calor sem realizar trabalho e sua energia interna aumenta. 04) O sistema pode, simultaneamente, receber calor e trabalho e sua energia interna aumenta. 08) O sistema pode realizar trabalho sem receber calor e sua energia interna diminui. 16) O sistema pode fornecer calor sem receber trabalho e sua energia interna diminui. 23. (Uem 2011) Assinale o que for correto. 01) Condução térmica e radiação térmica são os únicos processos de transferência de calor. 02) 1 caloria é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 g de água em 1ºC, no intervalo de 14,5ºC a 15,5ºC a 1 atm. 04) Nenhuma máquina térmica, operando em ciclos, pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. 08) O ciclo de Carnot descreve o rendimento máximo de uma máquina térmica. 16) O princípio de funcionamento de um refrigerador é baseado nos processos de compressão e expansão de um gás. 24. (Enem 2011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a a) liberação de calor dentro do motor ser impossível. b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. Página 8 de 15

9 c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES: Analise a figura a seguir e responda. 25. (Uel 2011) A figura apresenta três possíveis transformações de fase de um gás, desde o estado a até o estado c. Na transformação de a até c, ao longo do caminho curvo do diagrama PV, o trabalho realizado pelo gás é de W = 35J e o calor absorvido pelo gás é Q = 63J. Ao longo do caminho abc, o trabalho realizado pelo gás é de W = 48J. Com base na figura, no enunciado e nos conhecimentos sobre o assunto, considere as afirmativas a seguir. I. Para o caminho abc, a quantidade de calor Q absorvida pelo gás vale 76J. II. Se a pressão P c = 1 2 P b, o trabalho W para o caminho cda vale 14J. III. Se a diferença de energia interna U d U c = 15J, a quantidade de calor Q cedida para o caminho da vale 15J. IV. Se a diferença de energia interna U d U c = 5J, a quantidade de calor Q cedida para o caminho da vale 23J. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV sγo corretas. 26. (Uel 2011) Com referência à figura, assinale a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, o valor da quantidade de calor Q para o caminho cda e o valor da energia interna U a U c. a) Q = 25J e U a Uc = 28J b) Q = 52J e U a U c = 82J c) Q = 57J e U a U c = 15 d) Q = 45J e Ua Uc = 15 e) Q = 52J e U a U c = (Uem-pas 2016) A formação de CO 2(g), segundo a reação O2(g) C(grafite) CO 2(g), possui uma variação de entalpia H 395 kj. Parte dessa energia foi utilizada para realizar o processo mostrado no diagrama pv, no qual se têm 4 mols de um gás monoatômico ideal. Página 9 de 15

10 Considerando as informações apresentadas, assinale o que for correto sobre esse diagrama pv. 01) A temperatura inicial desse gás monoatômico ideal é de aproximadamente 500 K. 02) A temperatura final do gás monoatômico ideal é de aproximadamente 900 K. 04) A variação da energia interna do gás monoatômico ideal foi de aproximadamente 29,9 kj. 08) O trabalho realizado pelo sistema descrito no diagrama pv foi de 15 kj. 16) O calor utilizado pelo sistema descrito no diagrama pv foi de aproximadamente 50% daquele gerado pela reação química do CO 2(g). Página 10 de 15

11 Gabarito: Resposta da questão 1: = 25. Resposta da questão 2: = 22. Resposta da questão 3: [B] Resposta da questão 4: a) Rendimento da máquina térmica ideal η : Obtemos o rendimento fazendo a razão entre o trabalho realizado τ e a quantidade de calor recebido pela máquina térmica Q. 1 η τ Q 1 Mas, o trabalho realizado é igual à diferença entre as quantidades de calor recebido pela fonte quente e cedido para a fonte fria: τ Q1 Q2 50 cal Q1 150 cal Q1 200 cal E o rendimento será: τ 50 cal η η η 0,25 ou 25% Q1 200 cal b) A temperatura prevista para a fonte fria é dada pela proporcionalidade entre as quantidades de calor e as temperaturas absolutas: T T1 400 K Q1 T1 200 cal 400 K T K Q2 T2 150cal T2 Em graus Celsius: T T2 27 C Resposta da questão 5: a) Temos: Q ml m 5 10 m 0,05 g b) Temos: ΔU Q W 0 Q W Q W 4 Q Q W Q Q W Q Q J Resposta da questão 6: [C] Página 11 de 15

12 Resposta da questão 7: = 12. Resposta da questão 8: [B] Resposta da questão 9: = 25. Resposta da questão 10: = 25. Resposta da questão 11: [A] Resposta da questão 12: 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 ΔV Onde τ trabalho realizado ( ) ou recebido pelo gás ( ) em joules (J) p pressão do gás em Pascal ΔV variação de volume do gás 2 (Pa N m ) 3 (m ) τ 3 BC 15Pa (6 2)m 60J e 3 τda 5Pa (2 6)m 20J O trabalho do ciclo é τciclo J Ou ainda pela área do retângulo 3 τciclo (15 5)Pa (6 2)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 Página 12 de 15

13 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 2 (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 11,25K J 1mol 8 molk E a menor temperatura 3 5Pa 2m TA 1,25K J 1mol 8 molk Resposta da questão 13: [C] Resposta da questão 14: [A] Resposta da questão 15: [E] Resposta da questão 16: Nota: muito estranho 1 gota ter massa 10 gramas. Não se pretende discutir, aqui, o conceito de gota, mas, para a água, se aceita como padrão, 20 gotas ter massa 1 g. Página 13 de 15

14 a) Como a massa de água é muito maior que a massa de álcool, a temperatura de equilíbrio é 33 C. Então a quantidade de calor perdida pela a gota é: Qágua Qgota 0 Qágua -Qgott -mgota cálcool Δθgota -10 0,6 (33 70) Q água 222 cal. b) Como a transformação é irreversível, a variação da entropia do sistema é positiva ( ΔS 0). Q 222 ΔSsist 0 ΔSágua ΔSálcool 0 ΔSálcool 0 ΔSálcool 0 Tágua 306 ΔSálcool 0,725 J/K. Resposta da questão 17: Como o enunciado cita um processo adiabático, não há troca de calor com nenhum meio externo, ou seja, o sistema é constituído apenas pelo bloco. De acordo com a 1ª lei da termodinâmica ΔU Q τ, onde: Δ U : energia interna. Q: energia sob a forma de calor, responsável pelo aumento da temperatura. τ : trabalho realizado pela força de atrito entre o bloco e a superfície. Energia sob a forma de calor (Q), responsável pelo aumento da temperatura. m=1kg= g c=0,22cal/g. ºC Δ T =33-32=1ºC Da equação do calor sensível, temos: 3 Q m.c. ΔT Q ,22.1 Q 220cal Considerando que 1cal=4,2J: Q = 924J Trabalho ( τ ) realizado pela força de atrito entre o bloco e a superfície. A força de atrito atua no bloco entre os pontos BC e, de acordo com o teorema da energia cinética: τ ΔEc EcC EcB. No ponto A o bloco possui energia potencial gravitacional Ep ga, que será transformada em energia cinética, de acordo que o bloco se aproxima do ponto B Ec B. Como o bloco atinge o ponto C em repouso, ele não possui energia cinética neste ponto EcC 0. EpgA m.g.h EcB EpgA m.g.h EcB EcB 50J τ ΔEc EcC EcB 0 50 τ 50J Energia interna ( Δ U ). Substituindo os valores na 1ª lei da termodinâmica: ΔU Q τ ΔU 924 ( 50) ΔU 974J Resposta da questão 18: 08. Resposta da questão 19: = 25. Página 14 de 15

15 Resposta da questão 20: [B] Resposta da questão 21: = 27 Resposta da questão 22: = 31 Resposta da questão 23: = 30 Resposta da questão 24: [C] Resposta da questão 25: [B] Resposta da questão 26: [E] Resposta da questão 27: = 06. Página 15 de 15