TERMOLOGIA DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR

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1 TERMOLOGIA DIFERENÇA ENTRE TEMPERATURA E CALOR Temperatura: é a grandeza que mede o grau de agitação das partículas de um corpo, caracterizando o seu estado térmico. Calor: é a energia térmica em trânsito, entre dois corpos ou sistemas, devido a diferença de temperatura entre eles. Essa energia se transfere sempre do corpo de maior para os de menor temperatura, até que se alcance o equilíbrio térmico. TERMOMETRIA ESCALAS TERMOMÉTRICAS Conjunto de valores numéricos de temperaturas, associados a um determinado estado térmico preestabelecido, denominados pontos fixos da escala. TC TF 32 T K No que diz respeito às variações de temperatura, temos que: TC 100 TF 180 TK 100 QUESTÕES DE VESTIBULAR 1. (UFRGS 1992) Um termômetro está à temperatura ambiente. O que ocorre com esse termômetro quando ele é introduzido em um líquido com temperatura superior à do ambiente? (A) Aumenta sua energia interna mas sua temperatura permanece constante. (B) Aumenta sua temperatura mas sua energia interna permanece constante. (C) Sua energia interna e sua temperatura aumentam. (D) Aumenta sua temperatura mas diminui sua energia interna. (E) Aumenta o calor do termômetro mas sua energia interna diminui. INSTRUÇÃO: Para responder à questão, leia o texto e relacione as propriedades termométricas (Coluna A) aos respectivos tipos de termômetros que as utilizam (Coluna B), numerando os parênteses. Termômetro é um instrumento utilizado para medir a temperatura de um sistema físico. Seu funcionamento baseia-se em algumas propriedades termométricas desse sistema, ou seja, em propriedades que variam com a temperatura. 1

2 Coluna A Coluna B 1. pressão de gases ( ) termômetro de gás a volume constante 2. dilatação de fluidos ( ) termômetro bimetálico 3. dilatação de sólidos ( ) termômetro de líquido-em-vidro 2. (PUC 2008 / Verão) A seqüência correta, de cima para baixo, é (A) (B) (C) (D) (E) (FURG 2001) Analise cada uma das seguintes afirmativas relacionadas à termodinâmica e indique se são verdadeiras (V) ou falsas (F). ( ) Átomos ou moléculas de um corpo, seja no estado sólido, líquido ou gasoso, estão em constante movimento. ( ) O limite inferior para a temperatura de um corpo, já obtido em laboratório, é de 273 C (zero absoluto), situação em que os átomos cessam seus movimentos. ( ) Uma lâmina bimetálica, constituída de duas lâminas de metais diferentes, que é plana na temperatura ambiente, entorta ao ser aquecida. ( ) Quando dois corpos distintos são colocados em contato, isolados de influências externas, após um certo tempo eles atingem uma situação de mesma energia interna. Quais são, respectivamente, as indicações corretas? (A) F - F - V V (B) F - V - F- V (C) V - V - F F (D) V - F - V F (E) V - F - V V 4. (FFFCMPA 2006) A temperatura de um paciente aferida por um termômetro na escala Celsius foi de 40 C. A quantos graus essa temperatura corresponderia na escala termométrica Fahrenheit? (A) 72 F (B) 96 F (C) 104 F (D) 132 F (E) 140 F 5. (UERGS ) Ao visitar os Estados Unidos, um estudante, em um determinado dia, constatou que a temperatura era de 30 ºF. Essa temperatura corresponde a um valor (A) entre 20 e 30 ºC. (B) entre 10 e 20 ºC. (C) entre 0 e 10 ºC. (D) entre 0 e 10 ºC. (E) abaixo de 10 ºC. 6. (FURG 2004) Um termômetro mal calibrado indica 10 para a temperatura de fusão do gelo e 90, para a temperatura de ebulição da água. A leitura nesse termômetro, para a temperatura de 50 C é (A) 44. (B) 45. (C) 48. (D) 50. (E) 52. 2

3 COMPORTAMENTO TÉRMICO DOS SÓLIDOS DILATAÇÃO LINEAR Dilatação em uma única dimensão. L = L o.. T L = L o (1 +. T) DILATAÇÃO SUPERFICIAL Dilatação em duas dimensões. S = S o.. T S = S o (1 +. T) DILATAÇÃO VOLUMÉTRICA Dilatação em três dimensões. V = V o.. T V = V o (1 +. T) RELAÇÕES ENTRE OS COEFICIENTES: DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS 3

4 A dilatação real de um líquido é sempre a soma da dilatação aparente do líquido com a dilatação volumétrica do recipiente. V real = V ap + V recip real = ap + recip DILATAÇÃO ANÔMALA DA ÁGUA 0 C 4 C V máx d mín V mín d máx QUESTÕES DE VESTIBULAR 7. (UFRGS ) Uma barra retilínea e uniforme, feita de um material cujo coeficiente de dilatação linear é positivo e independente da temperatura, recebe calor de uma fonte térmica. Entre os gráficos abaixo, qual o que melhor representa a variação ΔL do comprimento da barra como função da variação ΔT de sua temperatura? 8. (PUC 2007 / Inverno) Um termostato é um dispositivo utilizado para controlar a temperatura em diversos equipamentos elétricos. Um dos tipos de termostato é construído com duas lâminas metálicas 1 e 2, firmemente ligadas, conforme a Figura 1. Quando a temperatura aumenta, o conjunto se curva em forma de arco (Figura 2), fazendo com que, a partir de certa temperatura, o circuito seja aberto, interrompendo a passagem de corrente elétrica. Supondo que a lâmina seja constituída de ferro e cobre, cujos coeficientes de dilatação linear médios são, respectivamente, 1,2 X 10-5 C -1 e 1,7 X 10-5 C -1, para produzir-se o efeito descrito, a lâmina deve ter coeficiente de dilatação do que a outra, correspondendo, portanto, ao. As informações que preenchem correta e respectivamente as lacunas estão reunidas em (A) 1 - menor - ferro (B) 1 - menor - cobre (C) 1 - maior - cobre (D) 2 - menor - ferro (E) 2 - maior - ferro 4

5 9. (UFRGS 1994) O fato de as barras de ferro contidas em uma viga de concreto não provocarem rachaduras no concreto explica-se pela semelhança que existe entre os valores do (A) calor específico desses materiais. (B) calor de fusão desses materiais. (C) coeficiente de condutividade térmica desses materiais. (D) coeficiente de dilatação linear desses materiais. (E) coeficiente de atrito desses materiais. 10. (UFRGS ) Os respectivos coeficientes de dilatação linear, α A e α B, de duas hastes metálicas, A e B, guardam entre si a reação α B = 2 α A. Ao sofrerem um aquecimento de 20ºC, a partir da temperatura ambiente, as hastes exibem a mesma variação L no seu comprimento. Qual é a relação entre os respectivos comprimentos iniciais, L A e L B, das hastes? (A) L B = 2 L A. (B) L B = 4 L A. (C) L B = L A. (D) L B = L A /4. (E) L B = L A /2. Para responder à questão 23 considere a figura abaixo que representa duas vigas de concreto de 5,0 m de comprimento, fixas em uma das extremidades, com uma separação de 1,2 mm entre as outras duas extremidades, à temperatura de 15 ºC. 11. (FFFCMPA ) Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear do concreto é 1, ºC - 1, as duas vigas ficarão encostadas quando a temperatura atingir (A) 12º C. (B) 15º C. (C) 20º C. (D) 25º C. (E) 35º C. 12. (UFRGS 2006) Uma barra de aço e uma barra de vidro têm o mesmo comprimento à temperatura de 0 C, mas, a 100 C, seus comprimentos diferem de 0,1 cm. (Considere os coeficientes de dilatação linear do aço e do vidro iguais a 12 x IO -6 C -1 e 8 x IO -6 C -1, respectivamente.) Qual é o comprimento das duas barras à temperatura de 0 C? (A) 50 cm. (B) 83 cm. (C) 125 cm. (D) 250 cm. (E) 400 cm. 13. (UFRGS ) Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que aparecem. A figura que segue representa um anel de alumínio homogêneo, de raio interno Ra e raio externo Rb, que se encontra à temperatura ambiente: Se o anel for aquecido até a temperatura de 200 C, o raio Ra e o raio Rb. (A) aumentará aumentará (B) aumentará permanecerá constante (C) permanecerá constante aumentará (D) diminuirá aumentará (E) diminuirá permanecerá constante 5

6 CALORIMETRIA Ao receber ou ceder calor, um corpo pode sofrer dois tipos de transformações: ou variar sua temperatura ou mudar de estado físico. Quantidade de Calor Sensível: É a quantidade de calor cedido ou absorvido por um corpo, sendo responsável por uma variação de temperatura deste corpo, sem mudar seu estado físico. Pode ser expressa como: Q S c. m. T SÍMBOLOGIA SIGNIFICADO FÍSICO UNIDADE Q S quantidade de calor sensível calor específico c m T massa variação de temperatura Capacidade Térmica de um Corpo: É a quantidade de calor necessária para variar a temperatura de um corpo em 1 C. QS C T OU C m. c SÍMBOLOGIA SIGNIFICADO FÍSICO UNIDADE C Capacidade térmica Quantidade de Calor Latente: É a quantidade de calor cedido ou recebido responsável por mudar o estado físico da substância, sem variar sua temperatura. Pode ser expressa como: Q L m. L 6

7 SÍMBOLOGIA SIGNIFICADO FÍSICO UNIDADE Q L quantidade de calor latente massa m L calor latente DIAGRAMA DAS MUDANÇAS DE FASE: QUESTÕES DE VESTIBULAR (PUC 2003 / Verão) INSTRUÇÃO: Responder à questão 37 com base nas afirmativas a seguir. Muitas pessoas, ao cozinharem, se preocupam com a economia de gás e adotam algumas medidas práticas, como: I. deixar o fogo baixo do início ao fim, pois assim se obtém cozimento mais rápido; II. baixar o fogo quando a água começa a ferver, pois a temperatura permanece constante durante a ebulição; III. deixar o fogo alto do início ao fim, obtendo uma constante elevação de temperatura, mesmo após o início da ebulição. 14. (PUC 2003 / Verão) Pela análise das afirmativas, conclui-se que somente (A) está correta a I. (B) está correta a II. (C) está correta a III. (D) estão corretas a I e a III. (E) estão corretas a II e a III. 15. (FURG 2008 / Inverno) Para aquecer certa massa de água de 10 C a 30 C, foi gasta uma quantidade Q 1 de calor. Para aquecer a metade desta massa de 28 C a 38 C, seria necessária uma quantidade de calor igual a (A) 4Q 1 (B) Q 1 / 4 (C) Q 1 / 2 (D) 2Q 1 (E) Q (UFPEL 2006) Um bloco de chumbo está sendo fundido. Durante esse processo, à pressão constante, é correto afirmar que (A) ele recebe calor e sua temperatura aumenta. (B) ele cede calor e sua temperatura aumenta. (C) ele recebe calor e sua temperatura permanece constante. (D) o calor evidenciado é sensível, pois há mudança de temperatura. (E) ele cede calor e sua temperatura diminui. 7

8 17. (UERGS ) No estudo da calorimetria, são comuns os termos calor específico e capacidade térmica. Considerando esse tema, assinale a afirmativa correta. (A) Calor específico é uma característica de um corpo. (B) Calor específico é uma característica de uma substância. (C) Capacidade térmica é uma característica de uma substância. (D) Quanto maior a capacidade térmica de um corpo, maior é a sua temperatura. (E) Quanto maior o calor específico de um corpo, maior é a sua temperatura. 18. (FURG 2000) A tabela a seguir mostra os pontos de ebulição e os calores de vaporização (à pressão de 1 atm) para 7 substâncias diferentes. Substância Ponto de Ebulição Calor de Vaporização ( C) (cal / g) Mercúrio Iodo Água Álcool Etílico Bromo Nitrogênio Hélio Analisando a tabela podemos concluir que (A) o bromo passa de líquido para vapor em 44 C. (B) para passar para vapor, um grama de nitrogênio requer o dobro de calorias que um grama de iodo. (C) para vaporizar 50 g de hélio, são necessárias 600 calorias. (D) na temperatura em que a água ferve, o álcool etílico é líquido. (E) na temperatura ambiente, o mercúrio é vapor. 19. (FURG 2001) Dois blocos de mesma massa, um de cobre e outro de chumbo, inicialmente a 20 C, são aquecidos por chamas idênticas. Após um determinado tempo de aquecimento, constata se que o bloco de cobre atinge a temperatura de 120 C, enquanto o de chumbo chega a 320 C. Essa diferença nas temperaturas finais ocorre porque o cobre apresenta maior (A) calor específico. (B) massa. (C) densidade. (D) temperatura inicial. (E) coeficiente de dilatação. 20. (UFRGS ) A mesma quantidade de energia que é necessária para derreter 200g de gelo a 0º C é transferida a um corpo de outro material, com massa de 2 kg, fazendo sua temperatura aumentar 40ºC. Sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo é L = 334 kj / kg, pode-se afirmar que o calor específico do material do segundo corpo é (A) 0,835 J / (kg K) (B) 1,670 J / (kg K) (C) 0,835 kj / (kg K) (D) 1,670 kj / (kg K) (E) 835,0 kj / (kg K) 21. (UFRGS 2006) À temperatura ambiente, que volume de ferro apresenta a mesma capacidade térmica de um litro de água? (Considere que, à temperatura ambiente, a capacidade térmica de um litro de água é J/ C, o calor específico do ferro é 0,5 J/g. C e a massa específica do ferro é 8 g/cm 3.) (A) 0,95 l. (B) 1,00 l. (C) 1,05 l. (D) 1,25 l. (E) 1,50 l. 8

9 IGUALDADE DAS TROCAS DE CALOR (LEI ZERO DA TERMODINÂMICA) Quando dois ou mais corpos com temperaturas diferentes são colocados em contato, trocam calor entre si até atingirem o equilíbrio térmico. Q RECEBIDO Q CEDIDO 0 QUESTÕES DE VESTIBULAR 22. (PUC 2002 / Verão) Colocam-se 420 g de gelo a 0 C num calorímetro com água a 30 C. Após atingida a temperatura de equilíbrio térmico, verifica-se que sobraram 20 g de gelo. Sendo de 80 cal/g o calor de fusão da água, é correto afirmar que a temperatura final de equilíbrio térmico e a quantidade de calor ganho pelo gelo são, respectivamente, (A) 30 C e 50 kcal (B) 30 C e 45 kcal (C) 15 C e 40 kcal (D) 0 C e 38 kcal (E) 0 C e 32 kcal 23. (PUC 2004 / Verão) Numa garrafa térmica a 20 C, contendo água também a 20, é colocado um pedaço de gelo com 200 g a 0 C. Na situação final de equilíbrio térmico, verifica-se uma mistura de água e 100 g de gelo. Sendo de 80 cal/g o calor de fusão do gelo, o calor absorvido (da garrafa térmica e da água que nela se encontrava) pelo gelo e a temperatura final são, respectivamente, (A) 1,6 kcal e 20 C (B) 3,0 kcal e 10 C (C) 6,0 kcal e 10 C (D) 6,4 kcal e 0 C (E) 8,0 kcal e 0 C 24. (FFFCMPA 2006) Uma garrafa térmica, cuja capacidade térmica não pode ser desprezada, contém 280 g de água. A temperatura do sistema garrafa-água é de 30 C. Uma massa de 70 g de gelo d água a 0 C é colocada na garrafa. Sabe-se que o calor específico da água no estado líquido é de 1 cal/g. C e que o calor latente de fusão da água é de 80 cal/g. Considerando que o sistema garrafa-água-gelo é adiabático, que a pressão é de 1 atm e que a temperatura de equilíbrio é de 10 C, qual é a capacidade térmica da garrafa? (A) 5 cal/ C (B) 10 cal/ C (C) 20 cal/ C (D) 25 cal/ C (E) 35 cal/ C 25. (UFRGS ) Uma mistura de gelo e água em estado líquido, com massa total de 100 g, encontra-se à temperatura de 0 C. Um certo tempo após receber J de calor, a mistura achase completamente transformada em água líquida a 20 C. Qual era, aproximadamente, a massa de gelo contida na mistura inicial? [Dados: Calor de fusão do gelo = 334,4 J/g; calor específico da água = 4,18 J/(g. C)]. (A) 22,8 g (B) 38,3 g (C) 47,8 g (D) 72,8 g 9

10 (E) 77, (UFRGS 1995) Em um recipiente fechado, misturam-se duas porções iguais de água com capacidade térmica de 2 kj/ C cada e a temperaturas iniciais diferentes. Se não ocorresse transferência de energia para o recipiente e para o meio, a temperatura de equilíbrio da mistura seria 30 C, mas o resultado obtido foi de 28 C. Quanta energia foi transferida da água para a sua vizinhança, na forma de calor? (A) 4 kj. (B) 8 kj. (C) 20 kj. (D) 56 kj. (E) 60 kj. PROPAGAÇÃO DO CALOR Processo Característica Meio CONDUÇÃO CONVECÇÃO IRRADIAÇÃO Energia passa de partícula para partícula, sem se deslocarem. Movimento de massas de fluido, trocando de posição entre si. Transmissão de calor através de ondas eletromagnéticas. QUESTÕES DE VESTIBULAR Necessita de um meio material. Ocorre nos sólidos. Ocorre nos fluidos. Ocorre no vácuo e em meios materiais. 27. (PUC 2003 / Verão) Numa cozinha, é fácil constatar que a temperatura é mais elevada próximo ao teto do que próximo ao chão, quando há fogo no fogão. Isso é devido ao fato de o (A) calor não se propagar para baixo. (B) calor não se propagar horizontalmente. (C) ar quente subir, por ser menos denso do que o ar frio. (D) ar quente subir, por ser mais denso do que o ar frio. (E) ar frio descer, por ser menos denso do que o ar quente. 28. (UFRGS ) Considere as afirmações abaixo, referentes aos três processos de transferência de calor. I. Radiação pode ser refletida pelo objeto que a recebe. II. Condução ocorre pela propagação de oscilações dos constituintes de um meio material. III. A convecção ocorre apenas em fluidos. Quais estão corretas? (A) Apenas I. (B) Apenas III. (C) Apenas I e II. (D) Apenas II e III. (E) I, II e III. ESTUDO DOS GASES PERFEITOS TEORIA CINÉTICA DOS GASES OS POSTULADOS DA TEORIA CINÉTICA DOS GASES ESTABELECEM QUE AS MOLÉCULAS DO GÁS IDEAL OU PERFEITO... 10

11 1 : MOVEM-SE DESORDENADAMENTE (CAOS MOLECULAR) E, EMBORA APRESENTEM VELOCIDADES VARIÁVEIS UMA PARA A OUTRA, ADMITE-SE QUE SE MOVIMENTEM COM MESMA VELOCIDADE MÉDIA V. 2 : NÃO EXERCEM AÇÃO MÚTUA, ISTO É, NÃO INTERAGEM POR MAIS PRÓXIMAS QUE ESTEJAM, EXCETO DURANTE AS COLISÕES. 3 : CHOCAM-SE ELASTICAMENTE ENTRE SI E COM AS PAREDES DO RECIPIENTE, NÃO HAVENDO PORTANTO PERDA ENERGÉTICA NESSAS COLISÕES. 4 : APRESENTEM VOLUME PRÓPRIO DESPREZÍVEL, EM COMPARAÇÃO COM O VOLUME OCUPADO PELO GÁS. OBS: O COMPORTAMENTO DOS GASES REAIS SE APROXIMA DO PREVISTO PARA O MODELO IDEAL QUANDO EM ALTAS TEMPERATURAS E BAIXAS PRESSÕES!! EQUAÇÃO DE CLAPEYRON P. V n. RT. onde: R = 0,082 atm.l/mol.k OU 8,31 J / mol.k LEI GERAL DOS GASES PERFEITOS TRANSFORMAÇÕES GASOSAS P. V PO. V T T O O Transformação O que é? Relação Isotérmica (Lei de Boyle) Transformação a temperatura constante Isobárica (Lei de Charles e G. Lussac) Transformação a pressão constante Isométrica (Lei de Charles e G. Lussac) Transformação a volume constante QUESTÕES DE VESTIBULAR 29. (UFSM 2000) As variáveis que podem definir os estados possíveis para 1 mol de gás ideal são (A) calor, massa e volume. 11

12 (B) temperatura, densidade e pressão. (C) temperatura, pressão e volume. (D) densidade, pressão e calor. (E) densidade, massa e calor. 30. (FURG 2000) Uma certa quantidade de gás ideal, inicialmente a pressão P 0, volume V 0 e temperatura T 0, é submetida à seguinte seqüência de transformações: I. É aquecida a pressão constante até que sua temperatura atinja o valor 3T 0. II. É resfriada a volume constante até que a temperatura atinja o valor inicial T 0. III. É comprimida a temperatura constante até que atinja a pressão inicial P 0. Ao final destes três processos, podemos afirmar que o volume final do gás será igual a (A) V 0 /9 (B) V 0 /3 (C) V 0 (D) 3V 0 (E) 9V (FURG 2001) Certa massa de gás ideal sofre as transformações AB e BC, representadas no gráfico p x V (pressão x volume) da figura abaixo. Sobre esse gás, é correto afirmar que (A) a temperatura do gás em B é maior do que em A. (B) a temperatura do gás em C é menor do que em B. (C) a temperatura do gás em C é maior do que em A. (D) a transformação AB é isotérmica. (E) a transformação BC é isobárica. 32. (FURG 2003) Um gás ideal, inicialmente no estado 1, com pressão P 1, volume V 1 e temperatura T 1, sofre uma compressão isotérmica e, posteriormente, uma expansão isobárica até atingir um volume igual ao inicial. Ao final desse processo, a pressão P f e a temperatura T f serão, respectivamente (A) P f = P 1 e T f = T 1. (B) P f = P 1 e T f > T 1. (C) P f > P 1 e T f = T 1. (D) P f > P 1 e T f > T 1. (E) P f > P 1 e T f < T (UFRGS 1997) Uma amostra de gás ideal realiza o ciclo termodinâmico representado no diagrama pv da figura abaixo. No ponto I, a temperatura do gás é T I. Em que ponto a temperatura do gás é 4T I? (A) J (B) K (C) L (D) M (E) N 12

13 TERMODINÂMICA Estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho entre um gás e o meio externo. TRABALHO EM UMA TRANSFORMAÇÃO GASOSA: p. V PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: Quando um gás encerrado em um cilindro recebe uma determinada quantidade de calor, parte deste calor pode ser responsável por aumentar sua energia interna e a outra parte responsável para empurrar o pistão. CALOR TRABALHO ENERGIA INTERNA ESTUDO DOS SINAIS: Recebe calor Q> Cede calor Q< Não troca calor Q=0 Transformação adiabática Realiza trabalho >0 Volume aumenta Recebe trabalho <0 Volume diminui Não realiza trabalho =0 Volume constante; Transformação isométrica Aumenta energia interna U>0 Temperatura aumenta Diminui energia interna U<0 Temperatura diminui Energia interna não varia U=0 Temperatura constante; Transformação isotérmica PARTICULARIDADES DA PRIMEIRA LEI: Isobárica = p. V Q = + U Isotérmica T=0, logo: Q = U = 0 Isométrica V=0, logo: = 0 Q = U Adiabática Q = 0 = - U Cíclica U = 0 Q = 13

14 QUESTÕES DE VESTIBULAR INSTRUÇÃO: Responder à questão 69 com base nas afirmativas sobre termologia feitas a seguir. I. A energia interna de um sistema não depende da quantidade de partículas do mesmo. II. Calor é a quantidade de energia trocada entre dois sistemas devidos unicamente à diferença de temperatura entre ambos. III. Na transformação adiabática de um gás, a pressão do mesmo permanece constante. IV. A temperatura absoluta de um sistema é diretamente proporcional à energia cinética média das partículas que o compõem. 34. (PUC 2002 / Verão) Pela análise das afirmativas, conclui-se que estão corretas as da alternativa (A) I e II (B) I e III (C) I e IV (D) II e III (E) II e IV 35. (PUC 2001 / Inverno) Um gás, que segue a equação de estado do gás ideal, contido num cilindro com êmbolo móvel, sofre uma expansão isotérmica. É correto concluir que, durante essa expansão, (A) o gás recebe calor e aumenta sua energia interna. (B) o gás recebe calor e diminui sua energia interna. (C) o gás cede calor e diminui sua energia interna. (D) o gás não cede e nem recebe calor, mantendo constante sua energia interna. (E) o gás recebe calor e mantém constante sua energia interna. 36. (PUC 2003 / Inverno) Uma certa quantidade de ar contido num cilindro com pistão é comprimida adiabaticamente, realizando-se um trabalho de 1,5 kj. Portanto, os valores do calor trocado com o meio externo e da variação de energia interna do ar nessa compressão adiabática são, respectivamente, (A) 1,5 kj e 1,5 kj. (B) 0,0 kj e 1,5 kj. (C) 0,0 kj e 1,5 kj. (D) 1,5 kj e 1,5 kj. (E) 1,5 kj e 0,0 kj. 37. (UFRGS 2006) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico abaixo, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m 2. Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de (A) 100 J. (B) 150 J. (C) 250 J. (D) 350 J. (E) 400 J. 38. (PUC 2005 / Verão) INSTRUÇÃO: Responder à questão 73 com base nas afirmações a seguir. I. Na transformação isotérmica de um gás que segue a equação de estado do gás ideal, sua energia interna permanece constante. II. A energia interna de um sistema é a soma das energias cinéticas e potenciais de suas partículas e, por isso, depende do número de partículas do sistema. III. A temperatura absoluta de um sistema depende da energia cinética média de suas partículas, e também da quantidade de partículas. IV. Quando uma onda sonora se propaga num gás, as compressões e rarefações que ocorrem na passagem da onda são tão rápidas que podem ser consideradas adiabáticas. 14

15 Pela análise das afirmações, conclui-se que somente estão corretas (A) I e II. (B) I e III. (C) I, II e IV. (D) II e III. (E) II, III e IV. 39. (PUC 2000 / Verão) Um gás contido em um cilindro com pistão, ao ser comprimido adiabaticamente, I. necessariamente aquece. II. necessariamente muda de fase. III. diminui de volume isotermicamente. Analisando essas afirmativas pode-se concluir que (A) somente I é correta. (B) somente II é correta. (C) somente III é correta. (D) I e II são corretas. (E) II e III são corretas. 40. (PUC 2005 / Inverno) A temperatura de um gás é diretamente proporcional à energia cinética das suas partículas. Portanto, dois gases A e B, na mesma temperatura, cujas partículas tenham massas na proporção de m A / m B = 4 / 1, terão as energias cinéticas médias das suas partículas na proporção Ec A /Ec B igual a (A) 1 / 4 (B) 1 / 2 (C) 1 (D) 2 (E) (PUC 2007 / Inverno) Um cilindro de metal dotado de um êmbolo móvel, em cujo interior se encontra um gás em equilíbrio termodinâmico, é semelhante a uma bomba de encher pneus de bicicleta com a saída de ar bloqueada. Ao fazer-se uma força sobre o êmbolo, resultando na compressão muito rápida do gás, o que caracteriza uma transformação adiabática, I. ocorre um aumento na temperatura do gás. II. o trabalho realizado pela força aumenta a energia interna do gás. III. o trabalho realizado pela força é igual ao calor liberado para o meio externo. Está(Estão) correta(s) apenas (A) I. (B) II. (C) III. (D) I e II. (E) I e III. 15

16 SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA: Enunciado de Clausius: O calor só pode passar espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. MÁQUINAS TÉRMICAS: Dispositivos que convertem calor em trabalho. Enunciado de Kelvin: É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclo, extraia calor de uma fonte e o transforme integralmente em calor. Q 1 = calor retirado da fonte quente Q 2 = calor rejeitado à fonte fria = trabalho útil Q 1 Q 2 RENDIMENTO DA MÁQUINA: Q 1 ou Q 1 2 Q 1 CICLO DE CARNOT: É o ciclo teórico que permite o maior rendimento entre as máquinas térmicas. O rendimento de Carnot depende exclusivamente das temperaturas absolutas das fontes quente (T 1 ) e fria (T 2 ), independendo da natureza do sistema que percorre o ciclo. T T 1 T 1 2 ou 1 T T 2 1 QUESTÕES DE VESTIBULAR 16

17 42. (PUC 2000 / Verão) O Segundo Princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: Nenhuma máquina térmica, operando em ciclo, pode transformar em todo o a ela fornecido. (A) calor, trabalho (B) trabalho, calor (C) força, calor (D) força, impulso (E) trabalho, impulso 43. (FURG 2008) Assinale a alternativa que apresenta o segundo princípio da termodinâmica (A) A energia total de um sistema isolado é constante. (B) É impossível transformar calor em trabalho, operando com duas fontes de calor em temperaturas diferentes. (C) Uma máquina térmica possui rendimento de 90% no máximo. (D) O rendimento máximo de uma máquina térmica depende da substância com que ela funciona. (E) Uma máquina térmica não pode funcionar sem queda de temperatura e nunca restitui integralmente, sob forma de trabalho, a energia que lhe foi cedida sob forma de calor. 44. (UFRGS ) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kj de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kj de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de (A) 20 %. (B) 25 %. (C) 75 %. (D) 80 %. (E) 100 %. 45. (UFRGS ) Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450 J de uma fonte de calor e liberando 300 J no ambiente. Uma segunda máquina térmica ideal opera recebendo 600 J e liberando 450 J. Se dividirmos o rendimento da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina, obteremos (A) 1,50. (B) 1,33. (C) 1,00. (D) 0,75. (E) 0, (UFRGS ) Um jornal noticia que um inventor excêntrico e desconhecido está anunciando um motor térmico que opera segundo um novo ciclo, no qual a totalidade do calor extraído de uma fonte de calor é transformada em trabalho. O jornal também informa que a comunidade científica recebeu com ceticismo essa notícia, uma vez que a existência de tal mecanismo violaria uma lei física bem estabelecida. Que lei estaria sendo frontalmente violada, caso o motor anunciado funcionasse de fato com o desempenho divulgado? A lei física está sendo frontalmente violada, caso o motor anunciado funcionasse de fato com o desempenho divulgado? (A) A lei da conservação da quantidade de movimento. (B) A segunda lei de Newton. (C) A primeira lei da Termodinâmica. (D) A segunda lei da Termodinâmica. (E) A lei que traduz a equivalência entre massa e energia. INSTRUÇÃO: Para responder à questão 96, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T 2 /T 1 das temperaturas em que opera a máquina. O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T 1 e T 2, com T 1 maior do que T 2, obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T 1. 17

18 47. (PUC 2010 / Verão) Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T 2 /T 1 diminui, (A) alcançando 100% quando T 2 vale 0 C. (B) alcançando 100% quando T 1 é muito maior do que T 2. (C) alcançando 100% quando a diferença entre T 1 e T 2 é muito pequena. (D) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. (E) mas nunca alcança 100%. GABARITO XXX C A D C D D D B A 1 C B A B D D B C A E 2 A D E D D A A A E E 3 A C B D E C E B B C 4 B B A C C C D C D D 5 D C D E E E A B C C 6 E D C D C C E D E E 7 E C B C A C D B D D 8 A D D A D C E C B D 9 C B E A D D E XXX XXX XXX 18