Física - termofisica questões de vestibuar 2012

termofísicaQUESTÕES DE VESTIBULARES 2012.1 (1o semestre) 2012.2 (2o semestre) física sumário termômetros e escalas termométricas calor sensível calor latente VESTIBULARES 2012.1 ...............................................................................................................................2 VESTIBULARES 2012.2 ...............................................................................................................................3 VESTIBULARES 2012.1 ............................................................................................................................... 4 VESTIBULARES 2012.2 ...............................................................................................................................6 VESTIBULARES 2012.1 ...............................................................................................................................8 VESTIBULARES 2012.2 ............................................................................................................................. 10 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................13 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................15 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................16 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................18 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................20 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................23 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................25 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................27 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................29 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................29 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................30 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................35 VESTIBULARES 2012.1 ..............................................................................................................................37 VESTIBULARES 2012.2 ..............................................................................................................................38 sistema termicamente isolado transmissão de calor dilatação térmica transformações gasosas trabalho da força de pressão primeira lei da termodinâmica segunda lei da termodinâmica [email protected] termômetros e escalas termométricas VESTIBULARES 2012.1 (VUNESP/CEFSA-2012.1) - ALTERNATIVA: D Em um laboratório, foram realizados dois experimentos: 1.º experimento: o professor solicitou que um aluno segurasse um copo de leite quente (temperatura suportável). Após alguns minutos, o aluno deveria relatar o que percebeu. TERMOFÍSICA (IF/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: B Os instrumentos destinados a medir a temperatura de um corpo são denominados termômetros, que utilizam certos efeitos produzidos pela energia térmica para avaliar a temperatura. O termômetro de mercúrio consiste num tubo muito fino (tubo capilar), onde na base (bulbo ou reservatório) há mercúrio, um metal líquido. O efeito produzido pela energia térmica para avaliar a temperatura de um corpo neste termômetro é: a) pressão dos líquidos nos gases *b) dilatação térmica c) resistência elétrica d) efeitos ópticos e) efeito fisiológico dos líquidos (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: E Efeitos quânticos não estão limitados a partículas subatômicas. Eles também aparecem em experimentos com sistemas macros e mais quentes. Cientistas descobriram, em 2010, que efeitos quânticos, à temperatura de 294,0 K, aumentam a eficiência fotossintética em duas espécies de algas marinhas. Com base nas informações, a experiência que revelou aumento da eficiência fotossintética em espécies de algas marinhas, devido a efeitos quânticos, foi realizada a uma temperatura, em ºF, aproximadamente, igual a a) 60 b) 63 c) 65 d) 68 *e) 70 (PUC/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: B O clima em Curitiba é caracterizado pelas altas variações de temperatura em um mesmo dia. Segundo dados do Simepar (www.simepar.br), ao final do inverno de 2011, os termômetros chegaram a marcar 8,00ºC e 25,0ºC em um período de 24h. Determine essa variação de temperatura na escala Fahrenheit. Dados: ● ponto de fusão do gelo: 32ºF, ● ponto de ebulição da água: 212ºF. a) 17,0º F *b) 30,6º F c) 62,6º F d) 20,0º F e) 16,5º F (VUNESP/UEA-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um aluno utilizou um termômetro para medir a temperatura de um determinado líquido e obteve o valor de 50 ºC. Resolvendo verificar a precisão do termômetro utilizado, observou que, para água congelando, a temperatura indicada era de −5 ºC e, para água fervendo, a temperatura indicada era de 105 ºC. Sendo assim, o aluno concluiu, que o valor correto da temperatura do líquido, em ºC, era igual a a) 45. *b) 50. c) 55. d) 60. e) 65. (VUNESP/FAMECA-2012.1) - ALTERNATIVA: C Para calibrar um termômetro, um estudante o mergulhou em água a 25 °C e, depois, a 80 °C. Quando em equilíbrio térmico com a água nessas situações, a altura h da coluna de mercúrio, em relação ao centro do bulbo do termômetro, mediu 3 cm e ºC 18 cm, respectivamente. Depois disso, utilizando esse mesmo termômetro, registrou que a diferença entre a mínima e a máxima temperatura num determinado dia foi de 15 °C. Pode-se afirmar que, nesse dia, o deslocamento da extremidade da coluna de mercúrio do termômetro, em cm, entre a mínima e a máxima temperatura indicada por ele, foi de, aproximadamente, a) 3,2. h b) 3,8. *c) 4,1. bulbo d) 4,5. e) 5,4. 2.º experimento: o professor solicitou que fosse adicionado leite frio em uma xícara de café quente. Após alguns minutos, o aluno deveria relatar o que percebeu. O professor espera que os alunos percebam que ocorreu equilíbrio térmico a) apenas no 1.º experimento, porque houve mistura de substâncias. b) apenas no 2.º experimento, porque houve mistura de substâncias. c) em nenhuma das situações apresentadas, pois não houve transferência de calor. *d) nas duas situações, porque houve transferência de calor. (CEFET/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um termômetro de mercúrio apresenta no ponto de fusão da água uma coluna de 20 mm de altura e, no ponto de ebulição, 80 mm. A uma temperatura de 92 °F, a coluna de mercúrio desse termômetro, em mm, é igual a a) 30. *b) 40. c) 50. d) 60. (SENAI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: A Em 1966, foi lançado o filme Fahrenheit 451, do diretor francês François Truffaut. O foco da ação do filme é um grupo de bombeiros, o grupo Fahrenheit 451, responsável por queimar todos os livros que encontrassem, em uma temperatura de 451 graus Fahrenheit (451°F). No Brasil e na maior parte dos países do mundo, a escala de medida de temperaturas mais usual é a Celsius. No entanto, a escala de temperaturas oficial do Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Kelvin. A temperatura que dá nome ao filme é equivalente, aproximadamente, a *a) 233°C. d) 451°C. b) 178 K. e) 724 K. c) 724°C. (UFJF/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: C Durante uma aula no laboratório de Física, o professor colocou dois termômetros em um forno cuja temperatura pode atingir até 500 ºC. O primeiro termômetro tinha graduação em Celsius e o segundo, em Fahrenheit. O professor esperou o equilíbrio térmico e notou que o termômetro graduado na escala em Celsius indicava um valor que correspondia exatamente à metade do valor indicado no termômetro graduado na escala Fahrenheit. A temperatura medida pelo professor, em graus Celsius, é: a) 130 ºC. d) 174 ºC. b) 142 ºC. e) 180 ºC. *c) 160 ºC. [email protected] 2 VESTIBULARES 2012.2 (UFPR-2012.2) - ALTERNATIVA: D Um menino do País de Gales (Reino Unido) não se sente bem e pede para sua mãe medir sua temperatura corpórea. Após 2 minutos, o termômetro utilizado registra 99,8 °F. Com base nos conhecimentos de termometria, é correto afirmar que o menino: a) tem hipotermia, com T = 34 °C. b) está normal, com T = 36 °C. c) está normal, com T = 37 °C. *d) tem febre, com T = 38 °C. e) tem febre, com T = 39 °C. (UNIFENAS/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: C Princípio zero da termodinâmica “O princípio básico sobre o qual a termodinâmica se assenta é no sistema isolado, envolto por uma fronteira completamente restritiva em relação à troca de energia ou matéria - haverá um estado em particular, caracterizado pela constância de todas as grandezas termodinâmicas mensuráveis (temperatura, pressões, volume, etc.), que, uma vez dado tempo suficiente para as transformações necessárias ocorrerem, sempre será atingido. Os valores a serem assumidos pelas grandezas no estado de equilíbrio encontram-se univocamente determinados desde o estabelecimento da fronteira e do sistema, dependendo estes, em sistemas simples, apenas do número e natureza das partículas, do volume e da energia interna encerrados no sistema.” Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. Qual é a ideia básica de tal princípio? a) Irreversibilidade dos processos físicos. b) Conservação da energia. *c) Equilíbrio térmico. d) Entropia. e) Entalpia. (PUC/GO-2012.2) - ALTERNATIVA: D A energia da radiação cósmica de fundo possui um equivalente em temperatura de 2,7 kelvins. Indique, entre as alternativas seguintes, qual é o valor dessa temperatura na escala Celsius: a) 275,3 ºC b) −275,3 ºC c) 270,3 ºC *d) −270,3 ºC (MACKENZIE/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: D A diferença entre as temperaturas de ebulição do álcool etílico e do éter etílico, sob pressão de 1,0 atm, é 78,0 ºF. Sabendo-se que a temperatura de ebulição desse éter é 35,0 ºC, conclui-se que a temperatura de ebulição desse álcool é a) 8,3 ºC b) 35,3 ºC c) 43,3 ºC *d) 78,3 ºC e) 105,4 ºC [email protected] 3 TERMOFÍSICA calor sensível VESTIBULARES 2012.1 (UERJ-2012.1) - RESPOSTA: Cx = 10 cal.K−1 e Cy = 4 cal.K−1; cx = 0,5 cal.g−1.K−1 e cy = 0,4 cal.g−1.K−1 Considere X e Y dois corpos homogêneos, constituídos por substâncias distintas, cujas massas correspondem, respectivamente, a 20 g e 10 g. O gráfico abaixo mostra as variações da temperatura desses corpos em função do calor absorvido por eles durante um processo de aquecimento. T (K) 283 281 279 277 275 273 0 20 40 60 80 Q (cal) X Y (UEL/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: D O homem utiliza o fogo para moldar os mais diversos utensílios. Por exemplo, um forno é essencial para o trabalho do ferreiro na confecção de ferraduras. Para isso, o ferro é aquecido até que se torne moldável. Considerando que a massa de ferro empregada na confecção de uma ferradura é de 0,5 kg, que a temperatura em que o ferro se torna moldável é de 520 ºC e que o calor específico do ferro vale 0,1 cal/g.ºC, assinale a alternativa que fornece a quantidade de calor, em calorias, a ser cedida a essa massa de ferro para que possa ser trabalhada pelo ferreiro. Dado: temperatura inicial da ferradura: 20 ºC. a) 25 b) 250 c) 2 500 *d) 25 000 e) 250 000 (PUC/GO-2012.1) - QUESTÃO ANULADA - RESPOSTA: 1 m3 Em uma casa ecológica, a energia dos raios solares poderia ser conservada em reservatórios cheios de água. Em uma semana de inverno foram necessários 107 cal para manter a temperatura interna da casa em 20 ºC. Se a temperatura da água que estava no reservatório era de 30 ºC, o volume de água necessário é de (marque a alternativa que contenha a proposição correta:) Dados: calor específico da água = 1 cal/(g.ºC); densidade volumétrica da água = 1000 kg/m3 a) 1 000 m3. b) 10 m3. c) 10 000 m3. d) 100 m3. (UNITAU-TAUBATÉ/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: C Considere um aquecedor elétrico de imersão constituído por um resistor do tipo linear de 15 ohms e que funciona sob uma tensão especial de 100 V. Esse aparelho é usado para aquecer 1,5 kg de água, sendo a temperatura inicial da água de 12 ºC. Considere que todo o calor gerado pelo aparelho seja absorvido pela água e que o calor específico da água seja igual, aproximadamente, a 4 × 103 J/(kg.ºC) . Determine o tempo necessário para que toda a massa de água atinja a temperatura de 100 ºC. a) 5,9 minutos b) 9,5 minutos *c) 13,2 minutos d) 12,1 minutos e) 8,9 minutos (UFV/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A Um pequeno bloco escorrega para baixo sobre uma superfície, partindo do repouso no ponto A, como mostra a figura abaixo. O bloco atinge novamente o repouso depois de percorrer uma certa distância horizontal H. O bloco é feito de material de calor específico c. Suponha que metade da energia mecânica dissipada pelo atrito seja absorvida pelo bloco, aumentando a sua temperatura, e que este não dissipe calor para o ambiente. Determine as capacidades térmicas de X e Y e, também, os calores específicos das substâncias que os constituem. (UERJ-2012.1) - RESPOSTA: ∆θ = 36ºC Um copo contendo 200 g de água é colocado no interior de um forno de microondas. Quando o aparelho é ligado, a energia é absorvida pela água a uma taxa de 120 cal/s. Sabendo que o calor específico da água é igual a 1 cal • g−1•ºC−1, calcule a variação de temperatura da água após 1 minuto de funcionamento do forno. (UEG/GO-2012.1) - ALTERNATIVA: D Atualmente, os carros estão mais econômicos, comparativamente aos de algumas décadas atrás. O fato é que os motores estão mais leves, por causa das descobertas de novas ligas metálicas. O gráfico da esquerda ilustra a potência em função dos ciclos do motor. O segundo gráfico apresenta a temperatura do motor em um intervalo de tempo, com o giro em 2 000 rpm. Dado: 1 HP = 750 W Temperatura (ºC) 100 Potência (HP) 75 50 25 0,5 1,0 1,5 2,0 ciclos (10 rpm) 3 75 50 25 2 4 6 8 tempo (min) A D H Considerando-se estas informações, qual é a capacidade térmica desse motor após oito minutos de funcionamento, em 104 J/K? a) 0,8 c) 24,0 b) 8,0 *d) 72,0 (PUC/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um copo com 300 ml de água é colocado ao sol. Após algumas horas, verifica-se que a temperatura da água subiu de 10 °C para 40 °C. Considerando-se que a água não evapora, calcule em calorias a quantidade de calor absorvida pela água. Dados: dágua = 1 g/cm3 e cágua = 1 cal/g.ºC R Sendo g o módulo da aceleração da gravidade, a variação de temperatura do bloco, desde o instante inicial até o instante em que ele atinge o repouso, é: *a) b) gR 2c a) 1,5 × 105 b) 2,0 × 105 c) 3,0 × 103 [email protected] *d) 9,0 × 103 e) 1,2 × 102 4c gH c) 2c d) πgR g √ R2 + D2 2c 4 (FGV/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: A Sabe-se que a capacidade térmica (C) é uma propriedade de cada corpo e está relacionada com o poder desse corpo de variar sua temperatura ao trocar calor. O gráfico que melhor expressa a capacidade térmica de um corpo ao receber calor com a respectiva variação de temperatura (∆t), sem mudar de estado físico, é *a) C d) C (FMABC/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um jovem lança um bloco de alumínio de massa 80 g, cuja temperatura inicial é de 20 ºC, sobre uma superfície áspera. O coeficiente de atrito dinâmico entre a base do bloco e a superfície vale 0,3. O bloco, no momento que se separou da mão do garoto, tinha velocidade inicial de 10 m/s e deslizou por 3,33 s até parar. Suponha que toda a energia desse movimento tenha sido convertida em energia térmica e que 20% dela tenha sido absorvida pela superfície de deslizamento. A variação de temperatura do bloco, na escala Fahrenheit, será de a) 0,05 ºF. Para simplificação dos cálculos, adote: *b) 0,09 ºF. c) 4 ºF. g = 10m/s2, 1 cal = 4 J e o calor especíd) 7,2 ºF. fico do alumínio = 0,2 cal/gºC. e) 16 ºF. (MACKENZIE/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B Certo estudante, em um laboratório de Física, na Inglaterra, realizou uma experiência que envolvia trocas de calor. Durante uma parte do trabalho, teve de aquecer um corpo de massa 1,00 kg, constituído de uma liga de alumínio, cujo calor específico é c = 0,215 cal/(g.ºC). A temperatura do corpo variou de 212 ºF até 392 ºF. Considerando que 1 caloria = 4,2 J, a energia térmica recebida por esse corpo foi aproximadamente a) 160 kJ *b) 90 kJ c) 40 kJ d) 16 kJ e) 9 kJ (UFC/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: D Ao se fornecer calor a uma amostra de cobre sólido, observa-se um aumento linear da sua temperatura, passando de 0 a 100 °C. O ponto de fusão do cobre é 1 085 °C. Esse comportamento decorre do fato de que: a) a massa da amostra de cobre é constante. b) o calor específico do cobre depende de sua massa. c) o calor específico do cobre é constante nesse intervalo de temperatura. *d) a massa e o calor específico do cobre são constantes nesse intervalo de temperatura. e) durante uma mudança de fase, a mudança de temperatura não depende do calor fornecido. (UNICAMP/SP-2012.1) - RESPOSTA: a) 3,6×104 cel./s b) Q = 1,4 J Em 2015, estima-se que o câncer será responsável por uma dezena de milhões de mortes em todo o mundo, sendo o tabagismo a principal causa evitável da doença. Além das inúmeras substâncias tóxicas e cancerígenas contidas no cigarro, a cada tragada, o fumante aspira fumaça a altas temperaturas, o que leva à morte células da boca e da garganta, aumentando ainda mais o risco de câncer. a) Para avaliar o efeito nocivo da fumaça, N0 = 9,0×104 células humanas foram expostas, em laboratório, à fumaça de cigarro à temperatura de 72 ºC, valor típico para a fumaça tragada pelos fumantes. Nos primeiros instantes, o número de células que permanecem 2t vivas em função do tempo t é dado por N(t) = N0 1 − , onde τ é o tempo necessário para que 90% das células morram. O gráfico abaixo mostra como τ varia com a temperatura θ. Quantas células morrem por segundo nos instantes iniciais? b) C ∆t e) C ∆t c) C ∆t ∆t ∆t (FATEC/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: A Em um sistema isolado, dois objetos, um de alumínio e outro de cobre, estão à mesma temperatura. Os dois são colocados simultaneamente sobre uma chapa quente e recebem a mesma quantidade de calor por segundo. Após certo tempo, verifica-se que a temperatura do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre, e ambos não mudaram de estado. Se o calor específico do alumínio e do cobre valem respectivamente 0,22 cal/g°C e 0,09 cal/g°C, pode-se afirmar que *a) a capacidade térmica do objeto de alumínio é igual à do objeto de cobre. b) a capacidade térmica do objeto de alumínio é maior que a do objeto de cobre. c) a capacidade térmica do objeto de alumínio é menor que a do objeto de cobre. d) a massa do objeto de alumínio é igual à massa do objeto de cobre. e) a massa do objeto de alumínio é maior que a massa do objeto de cobre. (UNITAU-TAUBATÉ/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: A A quantidade de calor necessária para alterar de a temperatura de uma massa m de uma substância cujo calor específico é c pode ser calculada como Q = m.c.∆θ , quando não há mudança de estado físico da massa m. A massa de líquido contida nas latas de uma bebida muito popular no Brasil é aproximadamente igual a 350 g. Sabendo que o calor específico da bebida é igual a 1 cal/(g.ºC), calcule a potência necessária para resfriar o líquido contido em uma lata da bebida, de uma temperatura ambiente de 32 ºC até a temperatura de 2 ºC, em um intervalo de 7 minutos. Considere 1 cal = 4,2 joules *a) 105 watt d) 115 watt b) 150 watt e) 155 watt c) 151 watt (UESPI-2012.1) - ALTERNATIVA: A Um refrigerante sem açúcar indica nas informações nutricionais do seu rótulo que contém 1 Cal = 1000 cal. Uma pessoa de massa 50 kg ingere o conteúdo completo desse refrigerante. Suponha que toda a quantidade de calorias ingerida seja utilizada exclusivamente para aumentar a temperatura da pessoa. Considerando o calor específico do corpo humano igual a 0,8 cal/(gºC), a variação de temperatura da pessoa será igual a: d) 5 ºC *a) 0,025 ºC e) 25 ºC b) 0,05 ºC c) 0,25 ºC τ b) A cada tragada, o fumante aspira aproximadamente 35 mililitros de fumaça. A fumaça possui uma capacidade calorífica molar C = 32 J/K.mol e um volume molar de 28 litros/mol. Assumindo que a fumaça entra no corpo humano a 72 ºC e sai a 37 ºC, calcule o calor transferido ao fumante numa tragada. [email protected] 5 (UFRGS/RS-2012.1) - ALTERNATIVA: A O gráfico abaixo representa o calor absorvido por unidade de massa, Q/m, em função das variações de temperatura ∆T para as substâncias ar, água e álcool, que recebem calor em processos em que a pressão é mantida constante. Q/m (kJ/kg) Z VESTIBULARES 2012.2 (UFPR-2012.2) - ALTERNATIVA: C Uma piscina retangular de 3 m por 5 m, com água a 1 m de altura, absorve (num dia de verão) a potência de 1 000 W/m2. Admitindo-se que o sistema não tem perdas de calor, que 1 cal = 4,18 J e que a densidade da água é de 1 g/cm3, o tempo de exposição ao Sol necessário para que a temperatura da água varie de 20 °C para 22 °C será de, aproximadamente: a) 4 h. b) 3 h e 20 min. *c) 2 h e 20 min. d) 1 h e 30 min. e) 30 min. (UNEMAT/MT-2012.2) - ALTERNATIVA: A Uma modelo está permanentemente fazendo regime da Somália, em que a média alimentar diária é de 1580 Calorias. Participou de uma festa em que foram servidos irresistíveis canapés de camarão. Consultando a tabela de valores calóricos de cada alimento, ela estimou que ingeriu 600 kcal a mais do que devia. Então ela teve a seguinte ideia: “Se eu tomar água gelada a 6 ºC, meu corpo vai consumir as 600 kcal, elevando a temperatura da água até 36 ºC, e o excesso de água será naturalmente eliminado”. Considere que a densidade da água é 1 g/ml e que o calor específico da água é 1 cal/gºC. Quantos litros de água ela deverá tomar? *a) 20 litros. b) 16,6 litros. c) 9,8 litros. d) 2 litros. e) 1,6 litros. (FEI/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: E Um corpo sólido de massa m = 100 g possui calor específico 0,2 cal/gºC. Para elevarmos a temperatura do corpo em 20 ºC, devemos fornecer ao corpo uma quantidade de calor igual a: a) 100 cal b) 200 cal c) 50 cal d) 500 cal *e) 400 cal (VUNESP/UNICID-2012.2) - ALTERNATIVA: E Em um laboratório de física, pesquisadores analisaram a variação da temperatura de certa quantidade de água pura, que é aquecida por meio de um resistor de resistência ôhmica R, imerso num recipiente de capacidade térmica desprezível e que contém essa substância. Dessa análise foi construída a seguinte tabela: t (s) 0 60 120 180 U (V) 12 12 12 12 I (A) 2 2 2 2 12 V T (ºC) 17,0 18,2 19,4 20,5 40 30 Y 20 10 0 X 2 4 6 8 10 ∆T (ºC) (Considere que os valores de calor específico do ar, do álcool e da água são, respectivamente, 1,0 kJ/kg.ºC, 2,5 kJ/kg.ºC e 4,2 kJ/kg.ºC.) Com base nesses dados, é correto afirmar que as linhas do gráfico identificadas pelas letras X, Y e Z, representam, respectivamente, *a) o ar, o álcool e a água. b) o ar, a água e o álcool. c) a água, o ar e o álcool. d) a água, o álcool e o ar. e) o álcool, a água e o ar. R Considerando a massa da água utilizada igual a 140 g e o calor específico da água 4,2 J/g.ºC, pode-se afirmar que a energia elétrica fornecida ao resistor e a energia recebida pela água são, em joule, nesse intervalo de tempo, iguais a, respectivamente, a) 2 160 e 1 166. b) 2 160 e 2 058. c) 3 240 e 1 680. d) 4 320 e 1 166. *e) 4 320 e 2 058. [email protected] 6 (UERJ-2012.2) - ALTERNATIVA: A Em um laboratório, as amostras X e Y, compostas do mesmo material, foram aquecidas a partir da mesma temperatura inicial até determinada temperatura final. Durante o processo de aquecimento, a amostra X absorveu uma quantidade de calor maior que a amostra Y. Considerando essas amostras, as relações entre os calores específicos cX e cY , as capacidades térmicas CX e CY e as massas mX e mY são descritas por: *a) b) c) d) cX = cY cX > cY cX = cY cX > cY CX > CY CX = CY CX > CY CX = CY mX > mY mX = mY mX = mY mX > mY (PUC/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: A Qual o valor do calor específico de uma substância de massa 270 g que, ao receber 10,8 kJ de calor de uma fonte térmica de potência constante, tem sua temperatura aumentada de 18º F, em um local cuja pressão é de 1atm? Adote 1 cal = 4 J *a) 1,00 cal/gºC b) 0,005 cal/gºC c) 1,287 cal/gºC d) 0,002 cal/gºC e) 0,20 cal/gºC (ACAFE/SC-2012.2) - ALTERNATIVA: A Sejam dois corpos de massas mA e mB feitos de diferente materiais, A e B. Ao absorver quantidades iguais de energia térmica, ambos os corpos têm suas temperatura aumentadas na mesma proporção. Assinale a alternativa correta que mostra a relação entre os calores específicos dos dois materiais A e B. *a) cA = (mB/mA) cB b) cA = cB c) cA = (mA/mB) cB d) cA = (mA.mB) cB (UECE-2012.2) - ALTERNATIVA: C Um projétil de chumbo é disparado de uma arma de fogo contra um alvo de madeira, onde fica encravado. A velocidade de saída da bala é de 820 km/h e o calor específico do chumbo 128 J/(kg·K). Caso toda a energia cinética inicial do projétil permaneça nele após o repouso, sob forma de energia térmica, o aumento aproximado de temperatura da bala é a) 75 K. b) 128 K. *c) 203 K. d) 338 K. [email protected] 7 TERMOFÍSICA calor latente VESTIBULARES 2012.1 (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: A A temperatura de um bloco sólido homogêneo, que recebeu calor de uma fonte térmica com potência constante, variou de acordo com o gráfico. (IF/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: C Os estados físicos da matéria indicam em que fase uma substância pode estar. E essa substância pode sofrer mudança entre essas fases. Com relação a isso, observe a figura a seguir: I sólido líquido II vapor θ (ºC) 75 As curvas I e II podem ser, respectivamente: a) solidificação e fusão. b) fusão e sublimação. *c) solidificação e condensação. d) sublimação e ebulição. e) ebulição e fusão. 25 0 8 16 24 t (min) (PUC/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B No reservatório de um vaporizador elétrico são colocados 300 g de água, cuja temperatura inicial é 20 ºC. No interior desse reservatório encontra-se um resistor de 12 Ω que é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 10 A quando o aparelho está em funcionamento. Com base nas informações e sabendo-se que o calor específico do bloco, na fase sólida, é de 0,60 cal/gºC, o calor latente de fusão do bloco, em cal/g, é igual a *a) 60,0 b) 50,0 c) 36,0 d) 24,0 e) 20,0 (VUNESP/UNISA-2012.1) - ALTERNATIVA: E Luísa, uma garota muito esperta e prestativa, tem, entre suas tarefas em casa, encher as forminhas de gelo com água e colocá-las no congelador. Em determinado dia, a menina usou 250 g de água, à temperatura de 20 ºC para congelar. Seu congelador utiliza potência constante de 5,0 cal/s para formar o gelo, cujo calor latente de solidificação é igual a 80 cal/g. Sendo o calor específico da água igual a 1,0 cal/g.ºC, para encontrar a água colocada totalmente convertida em gelo, Luísa deverá abrir o congelador em, no mínimo, a) 1 000 s. d) 4 000 s. b) 2 000 s. *e) 5 000 s. c) 3 000 s. (IF/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um aluno, durante a última aula de laboratório, realizou o seguinte experimento: colocou diferentes quantidades de água pura em dois béqueres semelhantes e os aqueceu, simultaneamente, com fontes de calor idênticas (mesma temperatura e mesma quantidade de calor entregue), conforme mostra a figura abaixo. Adote: 1 cal = 4,2 J Calor específico da água = 1,0 cal/g.ºC Calor latente de vaporização da água = 540 cal/g P = 1 atm água pura Considerando que toda energia elétrica é convertida em energia térmica e é integralmente absorvida pela água, o tempo que o aparelho deve permanecer ligado para vaporizar 1/3 da massa de água colocada no reservatório deve ser de a) 3 min 37s *b) 4 min 33s c) 4 min 07s d) 36 min 10s e) 45 min 30s (UFPB-2012.1) - AFIRMATIVAS CORRETAS: I, II, III e IV As usinas siderúrgicas usam em larga escala o processo de fundição, no qual uma peça de aço em estado sólido é aquecida a partir de uma temperatura inicial até atingir o seu estado líquido. Para a realização desse processo, é preciso fornecer calor à peça. Sabendo que o calor latente de fusão do aço é 300 J/g, identifique as afirmativas corretas relacionadas ao processo de fundição: fonte de calor I. A quantidade de calor fornecida à peça depende da sua temperatura inicial. II. A quantidade de calor fornecida à peça é proporcional à sua massa. III. A quantidade de calor fornecida para a fusão de uma peça de 20 g é 6 000 J. IV. A quantidade de calor fornecida a uma peça diminui se a temperatura de fusão do aço também diminuir, mantendo os outros parâmetros fixos. V. A temperatura da fase líquida é, durante a fusão do aço, maior do que a temperatura da fase sólida. 8 O aluno fez anotações sobre o tempo em que iniciou a ebulição em cada béquer, assim como a temperatura em que a ebulição ocorreu. Complete a afirmativa: a água ferveu, primeiro, no béquer ___ , à temperatura de __ ºC. Preenchem as lacunas as informações da alternativa a) B e 100. b) A e 110. *c) A e 100. d) B e 110. e) A e 105. [email protected] (CEFET/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: E Uma massa de 20 g de substância pura, acondicionada em um recipiente bem isolado termicamente, é aquecida com o fornecimento de calor a uma taxa constante de 30 cal/min. Esse processo está representado pelo gráfico seguinte. T (ºC) 120 90 60 30 D B A 10 20 30 40 (UFSC-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 35 (01+02+32) Pedrinho, ao chegar da escola, explica para sua avó o que aprendeu sobre o funcionamento de uma panela de pressão. Ela ficou surpresa em saber como um utensílio doméstico comum serve para exemplificar e explicar muitos princípios físicos. Independentemente de marca e modelo, além de cabos e tampa, toda panela de pressão é constituída basicamente de uma válvula com pino, que serve para controlar a pressão dentro da panela, e de uma válvula de segurança que se rompe, caso a válvula com pino não seja acionada. válvula de segurança válvula com pino C p (atm) t (min) 0 Analisando esses dados, é correto concluir que o a) calor específico no trecho AB é 1,0 cal/g°C. b) calor específico no trecho BC é 1,5 cal/g°C. c) calor específico no trecho CD é 2,0 cal/g°C. d) calor total fornecido à substância é 600 cal. *e) calor latente na transição de fase é 22,5 cal/g. (UFPE-2012.1) - RESPOSTA: t T = 92 segundos O gálio (Ga) é um metal cuja temperatura de fusão, à pressão atmosférica, é aproximadamente igual a 30 ºC. O calor específico médio do Ga na fase sólida é em torno de 0,4 kJ/(kg.ºC) e o calor latente de fusão é 80 kJ/kg. Utilizando uma fonte térmica de 100 W, um estudante determina a energia necessária para fundir completamente 100 g de Ga, a partir de 0 ºC. O gráfico mostra a variação da temperatura em função do tempo das medições realizadas pelo estudante. T (ºC) 30 T (K) Com base no funcionamento da panela, nos princípios e fenômenos físicos envolvidos e no diagrama de fase acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. Na panela de pressão em contato com a chama, ocorre uma transformação isobárica quando a válvula com pino é acionada. 02. O diagrama de fase (curva de vaporização), acima, representa a relação entre temperatura e pressão de vaporização da água. 04. A pressão dentro da panela depende unicamente da massa de água que está passando para a fase gasosa. 08. A panela de pressão cozinha os alimentos em um tempo menor, porque ela atinge a temperatura de vaporização (100º C) mais rapidamente do que as panelas comuns. 16. A água na fase gasosa é denominada vapor, pois sua temperatura se encontra abaixo da temperatura crítica, não podendo ser liquefeita simplesmente por compressão isotérmica. 32. A panela de pressão cozinha os alimentos em um tempo menor, porque ela atinge a temperatura de vaporização acima da temperatura de ebulição da água na pressão de 1,0 atm. (UFLA/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A Quando um corpo absorve ou cede energia térmica de modo que ocorra variação na sua temperatura, denominamos essa energia térmica de “calor sensível”. A denominação “calor latente” é dada à energia térmica absorvida ou cedida por um corpo durante sua mudança de estado. Um corpo de grande dimensão é colocado em contato térmico com 10,00 gramas de água e 10,00 gramas de vapor d’água, ambos a 100 °C. As interações ocorreram à pressão de uma atmosfera e a temperatura do corpo manteve-se constante em 33 °C devido a sua grande dimensão. Sendo o calor específico da água igual a 4 200 J/kgK e, o calor latente de vaporização da água igual a 2 200 kJ/kg, a quantidade de energia térmica cedida pela água e pelo vapor são, respectivamente: *a) 2,814 kJ e 24,814 kJ b) 2,814 MJ e 24,814 MJ c) 2,814 kJ e 22,000 kJ d) 2,814 MJ e 22,000 MJ 0 0 tT t (s) Determine o tempo total t T , em segundos, que o estudante levou para realizar o experimento. Suponha que todo o calor fornecido pela fonte é absorvido pela amostra de Ga. (SENAI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B O gráfico a seguir mostra os fenômenos de aquecimento e de mudança de estado de uma substância X, submetida a uma fonte de calor constante, durante um intervalo de tempo de 10 s. 16 Temperatura 14 12 10 8 6 4 2 0 0 Sólido Líquido Gasoso (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA OFICIAL: SOMA = 11 (01+02+08) A mudança de estado de uma substância pode ser caracterizada pelo diagrama abaixo. Com relação à mudança de estado de uma substância, assinale o que for correto. temp (ºC) 2 4 6 8 Tempo 10 D B C Q (cal) De acordo com as informações contidas no gráfico, a substância X é a) uma substância pura, já que seu aquecimento se dá de forma constante. *b) uma mistura, já que sua mudança de estado físico não se dá à temperatura constante. c) uma substância pura, já que suas retas de aquecimento apresentam o mesmo coeficiente angular. d) uma mistura, já que suas retas de aquecimento apresentam o mesmo coeficiente angular. e) uma substância pura, pois misturas não passam pelos três estados físicos (sólido, líquido e gasoso) quando são aquecidas. [email protected] 0 A 01) As leis que norteiam a construção do diagrama são válidas apenas para substâncias cristalinas. 02) A energia doada pela fonte de calor representada no espaço BC é suficiente para desfazer a rede cristalina do sólido. 04) A fusão de uma substância amorfa ocorre na superfície. Podese dizer que, sob pressão constante, a fusão se processa a uma temperatura definida. 08) Chama-se de condensação o processo pelo qual o vapor de água libera energia equivalente à recebida na evaporação. 9 (UFJF-2012.1) - ALTERNATIVA: A Durante um experimento no laboratório de Física, o professor colocou no fogo uma barra de ferro e mostrou aos alunos que o ferro se aqueceu, ou seja, sofreu uma elevação em sua temperatura. Em seguida, o professor fez o mesmo com um bloco de gelo a 0 ºC e mostrou que o gelo derrete, isto é, transforma-se em líquido, mas sua temperatura não se modifica. Com esse experimento, o professor demonstrou que, quando um corpo recebe calor, este pode produzir variação de temperatura ou mudança de estado. Sobre esses efeitos, é CORRETO dizer que: *a) o ferro recebeu calor sensível e o gelo recebeu calor latente. b) o ferro recebeu calor específico e o gelo recebeu calor sensível. c) o ferro recebeu calor latente e o gelo recebeu calor latente. d) o ferro recebeu calor sensível e o gelo recebeu calor sensível. e) o ferro recebeu calor latente e o gelo recebeu calor específico. (MACKENZIE/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um estudante, no laboratório de Física de sua escola, forneceu calor a um corpo de massa 50 g, utilizando uma fonte térmica de potência constante. Com as medidas obtidas, construiu o gráfico abaixo, que representa a quantidade de calor ∆Q recebida pelo corpo em função de sua temperatura t. VESTIBULARES 2012.2 (UNEMAT/MT-2012.2) - ALTERNATIVA: B O Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), o qual se denomina gás de cozinha, encontra-se nos botijões de gás na forma liquefeito a partir de uma compressão isotérmica. A pressão de vaporização de um gás é uma função exclusiva da temperatura. Assim, o ponto de liquefação se dá numa pressão crítica, correspondente a uma temperatura crítica específica para o gás. O GLP que se encontra liquefeito no interior dos botijões de gás possui uma temperatura crítica que é: a) igual à temperatura ambiente. *b) maior que a temperatura ambiente. c) menor que a temperatura ambiente. d) dependente da temperatura ambiente. e) extremamente alta; consequentemente, o engarrafamento do GLP é executado em laboratórios de alta tecnologia. (UNESP-2012.2) - ALTERNATIVA: C Na indústria farmacêutica, substâncias específicas são utilizadas para revestir pílulas e comprimidos. Em um experimento, uma das substâncias sólidas foi retirada de uma formulação e purificada. Para verificar a eficiência da purificação, um termômetro foi colocado em um tubo de ensaio contendo uma amostra da substância derretida, a 1 atm. Durante o resfriamento e até que a amostra tenha se solidificado completamente, foram lidas as temperaturas em intervalos regulares. Com esses dados, foi traçada a curva de resfriamento, um gráfico que mostra a variação de temperatura em função do tempo, a 1 atm. O gráfico que corresponde à curva de resfriamento da substância pura está representado por a) d) ∆Q 2 700 2 400 2 100 1 800 1 500 1 200 900 600 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 t (ºC) Analisando o gráfico, pode-se afirmar que o calor específico, no estado sólido e o calor latente de vaporização da substância que constitui o corpo, valem, respectivamente, a) 0,6 cal/(g.ºC) e 12 cal/g. *b) 0,4 cal/(g.ºC) e 12 cal/g. c) 0,4 cal/(g.ºC) e 6 cal/g. d) 0,3 cal/(g.ºC) e 12 cal/g. e) 0,3 cal/(g.ºC) e 6 cal/g. (ITA/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: E Conforme a figura, um circuito elétrico dispõe de uma fonte de tensão de 100 V e de dois resistores, cada qual de 0,50 Ω. Um resistor encontra-se imerso no recipiente contendo 2,0 kg de água com temperatura inicial de 20°C, calor específico 4,18 kJ/kg.°C e calor latente de vaporização 2 230 kJ/kg. Com a chave S fechada, a corrente elétrica do circuito faz com que o resistor imerso dissipe calor, que é integralmente absorvido pela água. Durante o processo, o sistema é isolado termicamente e a temperatura da água permanece sempre homogênea. 100 V S 0,50 Ω b) e) *c) 0,50 Ω Mantido o resistor imerso durante todo o processo, o tempo necessário para vaporizar 1,0 kg de água é a) 67,0 s. b) 223 s. c) 256 s. d) 446 s. *e) 580 s. [email protected] (UNIMONTES/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: A A seguir é mostrado um gráfico do aquecimento de uma massa m de água. Inicialmente, a água encontrava-se no estado sólido. A massa de água, em gramas, é igual a *a) 11. T ºC) b) 10. 5 c) 9,0. Q (cal) d) 8,0. 962,5 −5 Dados: calor específico do gelo = 0,5 cal/gºC calor latente do gelo = 80 cal/g calor específico da água = 1 cal/gºC 10 (PUC/RS-2012.2) - ALTERNATIVA: E Um recipiente contém inicialmente uma quantidade desconhecida de água na fase sólida e 900 g de água na fase líquida em equilíbrio térmico a 0 ºC. A mistura é lentamente aquecida absorvendo 200 cal/min, e sua temperatura é medida em diversos instantes. Os dados registrados são mostrados no gráfico a seguir. O calor de fusão da água é 80,0 cal/g e seu calor específico é 1,00 cal/g.ºC. 5,00 temperatura (ºC) 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0,0 20,0 40,0 tempo (min) 60,0 80,0 (VUNESP/FASM-2012.2) - ALTERNATIVA: A Em cozinhas industriais, os trabalhadores ficam submetidos a fontes de calor intenso chegando a perder cerca de 2,0 litros de água durante um dia de trabalho. Considerando o calor específico latente de vaporização da água 320 J/g e a densidade da água 1,0 g/cm3, se a energia utilizada na evaporação do suor de um cozinheiro fosse integralmente fornecida a uma lâmpada de 100 W, ela ficaria acesa por *a) pouco menos de 2 horas. b) cerca de 1 hora. c) pouco mais de 100 horas. d) cerca de 1 minuto. e) quase 1 dia. (IF/SC-2012.2) - ALTERNATIVA: D Uma das maneiras de se definir calor é “calor é uma forma de energia em trânsito, motivada por uma diferença de temperatura”. Assim, um corpo pode receber ou ceder energia na forma de calor, mas nunca armazená-la. O que pode acontecer quando fornecemos calor a um corpo? Assinale a alternativa CORRETA. a) Ocorre necessariamente um aumento na temperatura, que pode ou não ser acompanhado de mudança no estado físico. b) A temperatura do corpo pode diminuir e ele pode mudar de estado físico. c) Só pode ocorrer uma diminuição na temperatura, uma vez que a energia térmica flui em sentido contrário ao do calor. *d) Pode ocorrer aumento da temperatura ou mudança de estado físico. e) Ocorre sempre uma mudança no estado físico, porque a cada temperatura corresponde um determinado estado físico. (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) Uma preocupação com o aquecimento global é o processo de derretimento dos glaciares, que tem como consequência o aumento gradual do nível do mar. Considere que a densidade do gelo é 920 kg/m3 e que esse valor corresponde, aproximadamente, a 90% da densidade da água do mar; além disso, o calor latente de fusão do gelo é de aproximadamente 334 kJ/kg. Levando em conta essas informações, assinale o que for correto. 01) 90% do volume de um iceberg (geleira flutuante) ficam imersos em águas marinhas. 02) O aumento do nível do mar com o derretimento das geleiras ocorre porque a água ocupa um volume maior do que uma quantidade de gelo com a mesma massa. 04) A quantidade de calor que uma geleira de 5×107 m3 precisa absorver para derreter completamente é superior a 1013 kJ. 08) Se um bloco de gelo é submetido a uma potência constante de aquecimento, em intervalos de tempo de mesma duração, massas iguais de gelo são derretidas. 16) A massa de gelo presente em uma camada cilíndrica de 2 m de raio com 2 cm de espessura é superior a 270 kg. (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 24 (08+16) O calor latente de fusão da prata (Ag) é 21 cal/g e seu ponto de fusão é 961 ºC, quando esse metal é submetido a uma pressão de uma atmosfera. Considerando essa informação e o dado abaixo, assinale o que for correto. Dado: cAg = 0,056 cal/g.ºC. 01) Para elevar a temperatura de 1g de prata, de 0 ºC até 961 ºC, necessitamos fornecer 21 cal. 02) Em 961ºC, a prata sempre estará totalmente em sua fase líquida. 04) Ao transferir 21 cal a 1 g de prata, em sua fase sólida, a 961 ºC, sua temperatura aumenta de 1 ºC. 08) 1 g de prata, em sua fase sólida, à temperatura de 961 ºC, necessita de 21 cal para que se converta totalmente em prata na sua fase líquida. 16) Na escala Kelvin, o ponto de fusão da prata é aproximadamente 1 234 K. 11 Com base nas informações do gráfico e do texto acima, afirma-se: I. O calor recebido pela mistura nos 40 min iniciais do aquecimento é 8,00 × 103 cal. II. A massa de água congelada inicialmente presente na mistura é 100 g. III. Nos 10 min finais do aquecimento, a temperatura da mistura aumenta 2,00 ºC. Está/Estão correta(s) a(s) afirmativa(s) a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. *e) I, II e III. (UECE-2012.2) - ALTERNATIVA: D O gráfico abaixo ilustra a temperatura de certa quantidade de água em função da energia fornecida. 90 T (ºC) 60 30 0 −30 62,7 396 energia adicionada (J) Considerando o calor específico do gelo 2090 J/(kg·ºC) e 3,33 × 105 J/kg seu calor latente de fusão, a massa de água gerada após fundir todo o gelo é, aproximadamente, a) 159 kg. b) 1 kg. c) 159 g. *d) 1 g. (VUNESP/UNIVOVE-2012.2) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO Em 1891, Herman Frasch criou o primeiro processo economicamente viável para a extração de enxofre presente em jazidas subterrâneas. O processo consiste em injetar nos poços, sob forte pressão, vapor de água a 160 ºC, que provoca a fusão do enxofre, inicialmente a 40 ºC, até que este atinja temperatura de 115 ºC, desprendendo-se da rocha onde se encontra afixado. Depois de liberado, o enxofre líquido é levado à superfície por meio de um bombeamento com ar comprimido. Considere o calor específico do enxofre (sólido) igual a 0,75 kJ/kg·ºC e o calor latente de fusão do enxofre a 115 ºC igual a 41,8 kJ/kg. Determine, nessas condições, a) a quantidade de calor que se deve fornecer a 1 tonelada de enxofre no estado sólido, à temperatura de 40 ºC, para se obter enxofre no estado líquido, a 115 ºC. b) o tempo de permanência individual, em horas, de 90 lâmpadas de 100 W acesas, admitindo-se que toda a energia térmica fornecida a 1 tonelada de enxofre, nessa transformação, seja convertida em energia elétrica. RESPOSTA VUNESP/UNINOVE-2012.2: a) Q = 98050 kJ b) ∆t ≅ 3 horas [email protected] 815 (UEPG/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) O gráfico abaixo mostra a evolução da temperatura de um corpo de massa m, constituído por uma substância pura, em função da quantidade de calor que lhe é fornecida. Com base nas informações desse gráfico, assinale o que for correto. T (ºC) 120 80 20 0 100 300 600 1 000 Q (cal) 01) Em T = 20 ºC e T = 80 ºC o corpo sofre mudanças de fases. 02) A quantidade de calor cedido ao corpo enquanto a sua temperatura variou entre 20 ºC e 80 ºC é denominado calor sensível. 04) Em T = 0 ºC o corpo se encontra na fase sólida. 08) O calor cedido ao corpo durante as mudanças de fase é denominado calor latente. (UFU/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: C O gráfico abaixo representa a pressão em função da temperatura para uma amostra de um determinado gás. Nas condições indicadas pelo ponto A, tal amostra coexiste em estado sólido, líquido e gasoso. p (cmHg) A 10 −209 0 T (Celsius) Considere que esta mesma amostra seja submetida a três situações: Situação A: temperatura de −209 ºC e pressão de 12 cmHg. Situação B: temperatura de −100 ºC e pressão de 10 cmHg. Situação C: temperatura de −240 ºC e pressão de 5 cmHg. Nas situações A, B e C, os estados físicos em que se encontra a amostra são, respectivamente, a) líquido, gasoso e líquido. b) sólido, líquido e sólido. *c) sólido, gasoso e gasoso. d) líquido, sólido e gasoso. (UFU/MG-2012.2) - RESPOSTA: a) c = 0,12 cal/g.ºC b) aumentaria Um corpo em estado sólido possui massa de 500 g e recebe calor de um aquecedor, cuja potência é de 20 W. Nesse processo, a temperatura do corpo varia em função do tempo, conforme indica o gráfico a seguir. θ (ºC) 75 25 0 α 10 40 t (min) Considere 1 cal = 4 J. a) Qual o calor específico do corpo sólido submetido a esse aquecimento? b) Caso a mesma situação se repetisse, porém o material sólido fosse substituído por outro similar, com calor específico menor, o que ocorreria com o valor do ângulo α indicado no gráfico? [email protected] 12 sistema termicamente isolado VESTIBULARES 2012.1 (VUNESP/UFSCar-2012.1) - ALTERNATIVA: C Como sempre tomavam café com leite, os vigias decidiram manter apenas uma das garrafas térmicas cheia dessa mistura. Na garrafa que continha 360 mL de café a 70 ºC derramaram o conteúdo da outra garrafa que continha 480 mL de leite a 80 ºC. TERMOFÍSICA (IF/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: B Uma peça de ferro de 2,0 kg é retirada de um forno, onde sua temperatura era de 650 ºC, e é colocada sobre um grande bloco de gelo a 0 ºC. Supondo-se que todo calor cedido pelo ferro é usado, para fundir o gelo, a quantidade de gelo fundido pelo calor fornecido pelo ferro é de Dados: cferro = 0,1 cal/gºC Lfusão = 80 cal/g d) 2600 g. e) 2625 g. a) 1325 g. *b) 1625 g. c) 1300 g. CAFÉ LEITE Considerando que os calores específicos e as densidades do café e do leite são iguais, de valores respectivamente 1 cal/(g ·ºC) e 1 g/mL, e que as garrafas, por serem idênticas, tinham capacidades térmicas de 120 cal/ºC, desconsiderando-se perdas de calor, a temperatura do equilíbrio térmico do café com leite, em ºC, é, a) 72. b) 73. *c) 75. d) 76. e) 78. (PUC/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: E Uma barra metálica, que está sendo trabalhada por um ferreiro, tem uma massa M = 2,0 kg e está a uma temperatura Ti. O calor específico do metal é cM = 0,10 cal/g.°C . Suponha que o ferreiro mergulhe a barra em um balde contendo 10 litros de água a 20 °C. A temperatura da água do balde sobe 10 °C com relação à sua temperatura inicial ao chegar ao equilíbrio. Calcule a temperatura inicial Ti da barra metálica. a) 500 °C b) 220 °C c) 200 °C d) 730 °C *e) 530 °C Dado: cágua = 1,0 cal/g.°C e dágua = 1,0 g/cm3 (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: D Uma barra metálica de massa 300 gramas, cujo calor específico é igual 0,11 cal/g°C, inicialmente a 80 °C, é colocada em contato com gelo a 0 °C, dentro de um recipiente. Considere que só acontecerão trocas de calor entre o gelo e a barra metálica. Supondo-se que o equilíbrio térmico é alcançado à temperatura de 0 °C, a massa de gelo que irá liquefazer-se, em gramas, será a) 31,0. Dados: Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g b) 32,5. Calor específico do gelo = 0,5 cal/g°C c) 32,8. Calor específico da água = 1 cal/g°C *d) 33,0. (UTFPR-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um pouco de água à 20 ºC foi colocado em um copo contendo uma pedra de gelo. Pode-se afirmar que: a) com o tempo o gelo resfria a água a 0 ºC, e ele não derrete no processo. b) a água aquece o gelo a 20 ºC derretendo-o no processo, sem que a água se resfrie. *c) enquanto a água e o gelo estão juntos no copo, o gelo derrete e a água se resfria em uma temperatura de 0 ºC. d) o contato da água com o gelo força a água a se congelar a 20 ºC. e) o contato da água com o gelo força o gelo a se congelar a 0 ºC. (FUVEST/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: C Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira, em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta completamente aberta. Antes da abertura dessa porta, a temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira. Após a abertura da porta, a temperatura da sala, a) diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido. b) diminui continuamente enquanto a porta permanecer aberta. *c) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do que quando a porta foi aberta. d) aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor do que quando a porta foi aberta. e) não se altera, pois se trata de um sistema fechado e termicamente isolado. (SENAC/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: B Com o intuito de esfriar um ovo cozido bem quente (77 ºC) ele é introduzido em um copo contendo 120 g de água à temperatura de 21 ºC. Considerando a capacidade térmica do ovo igual a 40 cal/ºC, pode-se estimar a temperatura de equilíbrio térmico entre o ovo e a água, em ºC, (Dado: cágua = 1,0 cal/gºC) a) 26 *b) 35 c) 42 d) 50 e) 58 (UNESP-2012.1) - ALTERNATIVA: C Clarice colocou em uma xícara 50 mL de café a 80 °C, 100 mL de leite a 50 °C e, para cuidar de sua forma física, adoçou com 2 mL de adoçante líquido a 20 °C. Sabe-se que o calor específico do café vale 1 cal/(g.°C), do leite vale 0,9 cal/(g.°C), do adoçante vale 2 cal/(g.°C) e que a capacidade térmica da xícara é desprezível. Considerando que as densidades do leite, do café e do adoçante sejam iguais e que a perda de calor para a atmosfera é desprezível, depois de atingido o equilíbrio térmico, a temperatura final da bebida de Clarice, em °C, estava entre a) 75,0 e 85,0. b) 65,0 e 74,9. *c) 55,0 e 64,9. d) 45,0 e 54,9. e) 35,0 e 44,9. [email protected] (FEI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um sistema de resfriamento de água utilizado para pasteurização é composto de um reservatório onde são colocados 3 000 kg de gelo a 0 °C. Neste reservatório são despejados 5 000 L de água a 80 °C que foi utilizada no processo de pasteurização. Desprezando-se as perdas de calor para o reservatório e para o ambiente, qual é a temperatura da água após atingido o equilíbrio térmico? Dados: calor latente de fusão do gelo L = 80 cal/g; calor específico da água c = 1,00 cal/g°C; densidade da água ρ = 1kg/L. a) 10 °C b) 15 °C *c) 20 °C d) 25 °C e) 30 °C 13 (PUC/RS-2012.1) - ALTERNATIVA: A Dois blocos A e B, constituídos de materiais diferentes, têm massas iguais. Esses blocos apresentam temperaturas de 0 ºC e 100 ºC, respectivamente, quando são colocados em contato térmico entre si. Mantendo-se os blocos perfeitamente isolados do meio externo, é correto afi rmar que a temperatura dos mesmos no equilíbrio térmico é *a) maior que 50 ºC se a capacidade térmica de B for maior que a de A. b) maior que 50 ºC se a quantidade de calor absorvida por B for maior que a absorvida por A. c) igual a 50 ºC se a quantidade de calor absorvida por B for igual à perdida por A. d) menor que 50 ºC se a quantidade de calor absorvida por B for maior que a absorvida por A. e) menor que 50 ºC se a capacidade térmica de B for maior que a de A. (VUNESP/UEA-2012.1) - ALTERNATIVA: D A energia solar é ecologicamente correta, limpa e gratuita. Em um sistema de aquecimento de água para banho, por exemplo, a água aquecida nos coletores solares é armazenada em reservatórios térmicos, muitas vezes chamados de boilers. Quando utilizamos aquecimento solar, a água aquecida pode atingir até 70 ºC, o que exige a mistura da água quente do sistema com a água fria da caixa de água da casa. Para tomar banho, um rapaz precisa misturar 70 litros de água fria (a 15 ºC) com certa quantidade de água quente (a 70 ºC). Admitindo que a densidade da água seja igual a 1,0 kg/L e desprezando perdas de calor para o meio externo, a quantidade de água quente, em litros, necessária para o rapaz tomar seu banho a uma temperatura de 35 ºC é a) 10. b) 15. c) 25. *d) 40. e) 55. (VUNESP/FMJ-2012.1) - ALTERNATIVA: E Para que a prata pura possa ser vendida em quantidades diferentes, ela é derretida, é jogada em água. Como resultado, solidificam-se filetes e gotas de diversos tamanhos, facilitando a pesagem, que é feita tal qual se faz na venda de cereais a granel. Quando 100 g de prata passam por esse processo, a quantidade de água que a esfria atinge a temperatura de 62 ºC que, no caso, é a temperatura do equilíbrio térmico. Se a prata que foi jogada na água encontrava-se completamente líquida e em seu ponto de fusão, admitindo que todo o calor perdido pela prata é absorvido pela água, o valor absoluto da quantidade de calor transferida pela prata para a água é, em joules, aproximadamente, Dados: calor específico da prata no estado sólido = 230 J/(kg·ºC) calor latente de fusão da prata = 100 × 103 J/kg ponto de fusão da prata = 962 ºC (UFPR-2012.1) - RESPOSTA: T0 = −28,5 ºC Em um dia de muito calor, o freguês de um restaurante pediu uma garrafa de água mineral e um copo com gelo. No copo vieram três cubos de gelo, cada um com massa de 20 g. Nesse copo, o freguês colocou 300 ml de água mineral, cuja temperatura inicial era de 20 ºC. Após o gelo fundir-se completamente, verificou-se que a água estava a uma temperatura de 1 ºC. Desprezando a capacidade térmica do copo, calcule a temperatura inicial dos cubos de gelo. Dados: cágua = 4 190 J/kg.K; cgelo = 2,1×103 J/kg.K; L = 3,34×105 J/kg (UNIFESP-2012.1) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO Um calorímetro de capacidade térmica 10 cal/ºC, contendo 500 g de água a 20 ºC, é utilizado para determinação do calor específico de uma barra de liga metálica de 200 g, a ser utilizada como fundo de panelas para cozimento. A barra é inicialmente aquecida a 80 ºC e imediatamente colocada dentro do calorímetro, isolado termicamente. Considerando o calor específico da água 1,0 cal/(g·ºC) e que a temperatura de equilíbrio térmico atingida no calorímetro foi 30 ºC, determine: a) a quantidade de calor absorvido pelo calorímetro e a quantidade de calor absorvido pela água. b) a temperatura final e o calor específico da barra. RESPOSTA UNIFESP-2012.1: a) QCal = 100 cal e Qág = 5000 cal b) θ = 30 ºC e c = 0,51 cal/(g.ºC) a) 18 000. b) 21 000. c) 26 000. d) 29 000. *e) 31 000. (UFRGS/RS-2012.1) - ALTERNATIVA: E Em um calorímetro são colocados 2,0 kg de água, no estado líquido, a uma temperatura de 0 ºC. A seguir, são adiciondados 2,0 kg de gelo, a uma temperatura não especificada. Após algum tempo, tendo sido atingido o equilíbrio térmico, verifica-se que a temperatura da mistura é 0 ºC e que a massa de gelo aumentou 100 g. Considere que o calor específico do gelo (c = 2,1 kJ/kg.ºC) é a metade do calor específico da água e que o calor latente de fusão do gelo é de 330 kJ/kg; e desconsidere a capacidade térmica do calorímetro e a troca de calor com o exterior. Nessas condições, a temperatura do gelo que foi inicialmente adicionado à água era, aproximadamente, a) 0 ºC. b) −2,6 ºC. c) −3,9 ºC. d) −6,1 ºC. *e) −7,9 ºC. [email protected] 14 VESTIBULARES 2012.2 (UFG/GO-2012.2) - RESPOSTA: a) m = 3 kg b) C= 56 kcal/ºC Em um dia de verão, o asfalto encontrava-se a uma temperatura de 60 ºC, e uma chuva de 3 mm foi suficiente para resfriá-lo até a temperatura de 30 ºC. A água da chuva estava inicialmente a 20 ºC. Considerando-se que a água é completamente evaporada a uma temperatura média de 40 ºC, calcule para cada metro quadrado de asfalto: Dados: cágua = 1,0 cal/gºC L = 540 cal/g ρágua = 1,0 g/cm3 = 103 kg/m3 a) a massa de água da chuva que caiu no solo; b) a capacidade térmica do asfalto. (VUNESP/UFTM-2012.2) - ALTERNATIVA: B Foram colocadas em uma caixa térmica, que contém gelo a 0 ºC, 180 latinhas de refrigerante, de 350 mL cada, que se encontravam inicialmente a 20 ºC. Considere que 180 latinhas equivalem a 3 kg de alumínio, que a densidade do refrigerante é 1 g/mL, que o calor específico do alumínio é 0,2 cal/(g·ºC), o calor específico do refrigerante é 1,0 cal/(g·ºC) e que o calor latente de fusão do gelo vale 80 cal/g. Despreze ainda a capacidade térmica da caixa e suponha que não haja troca de calor com o meio ambiente. Para que o líquido no interior das latinhas de alumínio atinja a temperatura de 0 ºC ainda em estado líquido, a massa aproximada de gelo em fusão, em kg, que deverá ser convertida em água a 0 ºC será a) 18. d) 10. *b) 16. c) 14. (IF/CE-2012.2) - ALTERNATIVA: D Uma estudante de Física deseja medir a capacidade térmica de uma garrafa térmica (Vaso de Dewar), usada como calorímetro. Para isso, segue os seguintes passos: 1. Coloca na garrafa 100 mL de água à temperatura ambiente e aguarda o equilíbrio térmico que ocorre em 20ºC. 2. Em seguida, coloca, na mesma garrafa, 200 mL de água em ebulição à pressão normal de 1 atm. Aguarda o novo equilíbrio térmico e encontra 60ºC. Desprezando-se as perdas de energia térmica para o meio exterior, é correto afirmar-se que a capacidade térmica da garrafa, em cal/ºC, vale Dado: calor específico da água c = 1 cal/gºC a) 50. *d) 100. b) 60. e) 160. c) 80. (UECE-2012.2) - ALTERNATIVA: C Considere um sistema constituído por dois corpos de temperaturas diferentes. Este sistema está isolado termicamente do ambiente. Ao longo de um intervalo de tempo, o corpo quente aquece o frio. Podemos afirmar corretamente que no final deste intervalo a) suas respectivas variações de temperatura sempre são as mesmas. b) o aumento de temperatura do corpo frio é sempre maior, em módulo, que a queda de temperatura do corpo quente. *c) a quantidade de energia perdida pelo corpo quente é igual à quantidade de energia ganha pelo corpo frio. d) a quantidade de energia ganha pelo corpo frio é maior que a quantidade de energia perdida pelo corpo quente. [email protected] 15 e) 8. transmissão de calor VESTIBULARES 2012.1 (UFSC-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 40 (08+32) A estação central de trens de Estocolmo, na Suécia, criou um sistema para reduzir o consumo de energia elétrica em até 25 %, usando o calor gerado pelo corpo das pessoas que lá passam todos os dias. São 250 mil passageiros que passam por dia na estação, que possui temperatura média de 25,0 ºC na área de circulação. A companhia que administra a rede ferroviária da Suécia fez os cálculos e descobriu que esses passageiros produzem, juntos, 130 metros cúbicos de ar quente a cada respirada. O sistema funciona com tubos instalados no forro da estação que levam o ar aquecido pelos pulmões dos passageiros até a central de calefação, na qual radiadores transferem o calor do ar captado para a água. Considere que a temperatura do corpo humano é 37,0 ºC e que o ser humano realiza 15 movimentos respiratórios por minuto. Densidade do ar 1,3 kg/m3, e calor específico do ar 1000 J/kg°C. Com base nestas informações, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. A única forma de o corpo humano liberar calor é pela respiração. 02. A maior parte da energia liberada pelo corpo humano na forma de radiação está na faixa do ultravioleta. 04. A quantidade de calor liberada a cada respirada pelo número médio de passageiros que circulam diariamente na estação central de Estocolmo é de 2,0 × 107 J. 08. A potência gerada durante uma respirada pelo total de passageiros que circulam diariamente pela estação é próxima a 0,5 MW. 16. O corpo humano é capaz de liberar mais energia do que consome ou possui armazenada, por isso é importante utilizar o calor humano como fonte de energia. 32. A maior parte da energia liberada pelo corpo humano na forma de radiação está na faixa do infravermelho. (UFRN-2012.1) - ALTERNATIVA: C Recentemente, tem-se falado muito sobre os possíveis danos que o uso contínuo de aparelhos celulares pode trazer ao ser humano. Por sua vez, muitas pessoas que já utilizaram o celular encostado à orelha, por um tempo suficientemente longo, perceberam que a região em torno desta se aqueceu. Isso se explica pelo fato de que a) o celular absorve ondas eletromagnéticas, que são transformadas em radiação ultravioleta e aquecem os tecidos da região da orelha. b) o celular emite ondas sonoras, as quais são absorvidas pelos tecidos da região da orelha, aquecendo-a. *c) o celular emite ondas eletromagnéticas, as quais são absorvidas pelos tecidos da região da orelha, aquecendo-a. d) o celular absorve ondas sonoras, que são transformadas em radiação infravermelha que aquecem os tecidos da região da orelha. (VUNESP/UFTM-2012.1) - ALTERNATIVA: E Com o intuito de preservar o meio ambiente e, também, fazer economia, em edificações de algumas regiões do país, têm sido utilizadas caixas de leite longa vida ou de sucos, que são aluminizadas em seu interior, para fazer a forração de telhados e, com isso, conseguir temperaturas mais agradáveis. Essa utilização se justifica por causa a) das correntes de convecção. b) da refração dos raios solares. c) da difusão do calor por toda a superfície. d) da troca de calor do interior com o meio exterior. *e) do fenômeno da reflexão da radiação solar. (PUC/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: C Num dia “frio”, em sua casa, uma pessoa desloca-se descalça da sala para a cozinha. Trata-se na verdade de um mesmo ambiente, com pisos diferentes. O piso da sala é de madeira, enquanto o da cozinha é de cerâmica lisa. Quando ela pisa no chão da cozinha, sente um “frio” intenso em seus pés. Essa sensação ocorre porque: a) a temperatura da sala é maior do que a da cozinha, uma vez que a cerâmica é mais densa que a madeira. b) a cerâmica tem uma temperatura menor que a madeira, devido à sua condutividade térmica ser menor. *c) a cerâmica tem maior condutividade térmica e, portanto, parece mais fria, embora os dois pisos estejam à mesma temperatura. d) a madeira tem maior condutividade térmica e, portanto, parece mais quente, embora os dois pisos estejam à mesma temperatura. [email protected] TERMOFÍSICA (UEG/GO-2012.1) - ALTERNATIVA: D Uma garrafa térmica tem suas partes apresentadas na figura abaixo. Vidro duplo Paredes espelhadas Ar rarefeito Na utilização do recipiente, o vidro a) favorece a transmissão de calor sob a forma de radiação, por ter paredes espelhadas. b) evita a transmissão de calor, por dilatação e convecção, porque ele é um isolante térmico. c) favorece a transmissão de calor, por condução e convecção, por ele ser um condutor térmico. *d) evita a propagação de calor, por convecção e condução, por ter ar rarefeito entre as paredes. (UFU/MG-2012.1) - RESPOSTA: F; V; V; F São Paulo teve hoje piora na qualidade do ar devido à inversão térmica (fenômeno que dificulta a dispersão de poluentes) no nível da superfície. Segundo a Cetesb (Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental), quanto mais baixa a inversão, pior a qualidade do ar. Fonte: Folha Online, de 21/08/2003. Fenômenos que acarretam mudanças no clima local ou global são cada vez mais constantes, sendo um deles a “inversão térmica”. O esquema abaixo indica as condições térmicas de duas camadas da atmosfera em uma situação de dia normal (A), e em outro em que ocorre a “inversão térmica” (B). A B Marque, para as afirmativas abaixo, (V) Verdadeira, (F) Falsa ou (SO) Sem Opção. 1 ( ) Na inversão térmica, os gases poluentes não se dispersam, porque se tornam menos densos que os gases das mais altas camadas da atmosfera, o que faz com que fiquem aprisionados próximos ao solo. 2 ( ) Em dias em que ocorre inversão térmica, o gases poluentes que estão mais próximos ao solo se tornam frios, assim como os das camadas superiores, o que não favorece a formação das correntes de convecção. 3 ( ) Em dias sem inversão térmica, os gases poluentes se dispersam por meio de correntes de convecção no sentido do solo para as mais altas camadas da atmosfera. 4 ( ) Em dias em que ocorre inversão térmica, o regime de trocas de calor entre as camadas da atmosfera funciona do mesmo modo que no interior de uma geladeira, que possui o congelador em sua parte superior. 16 (UFRN-2012.1) - ALTERNATIVA: C O uso de tecnologias associadas às energias renováveis tem feito ressurgir, em Zonas Rurais, técnicas mais eficientes e adequadas ao manejo de biomassa para produção de energia. Entre essas tecnologias, está o uso do fogão a lenha, de forma sustentável, para o aquecimento de água residencial. Tal processo é feito por meio de uma serpentina instalada no fogão e conectada, através de tubulação, à caixa d’água, conforme o esquema mostrado na Figura ao abaixo. CAIXA D’ÁGUA ÁGUA FRIA ÁGUA QUENTE SERPENTINA (VUNESP/UNICID-2012.1) - ALTERNATIVA: C Algumas pessoas não gostam de tomar remédios para baixar uma febre. Enrolam-se em um cobertor de lã e, após transpirarem, dizem sentirem-se melhor. Sob o ponto de vista das leis da física, tal sensação a) é contraditória, pois a transpiração provocada pelo cobertor mantém constante a temperatura do corpo, um banho quente seria mais eficiente. b) é contraditória, pois a transpiração faz a temperatura do corpo subir ainda mais e o cobertor facilita a troca de calor com o corpo. *c) é contraditória, pois o cobertor impede a troca de calor do corpo com o ambiente, um banho de água fria ou morna seria mais eficiente. d) faz sentido, uma vez que a transpiração provocada pelo cobertor faz com que o corpo interaja termicamente com o mesmo. e) faz sentido, uma vez que a transpiração provocada pelo cobertor libera toxinas e com esse mecanismo a temperatura do corpo diminui. FOGÃO A LENHA Na serpentina, a água aquecida pelo fogão sobe para a caixa d’água ao mesmo tempo em que a água fria desce através da tubulação em direção à serpentina, onde novamente é realizada a troca de calor. Considerando o processo de aquecimento da água contida na caixa d’água, é correto afirmar que este se dá, principalmente, devido ao processo de a) condução causada pela diminuição da densidade da água na serpentina. b) convecção causada pelo aumento da densidade da água na serpentina. *c) convecção causada pela diminuição da densidade da água na serpentina. d) condução causada pelo aumento da densidade da água na serpentina. (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 22 (02+04+16) Em regiões litorâneas, as variações de temperatura (máxima e mínima) não são grandes quando comparadas com outras regiões. Observa-se, também, nessas regiões que, durante o dia, uma brisa sopra em um sentido e à noite sopra no sentido contrário. Esses fenômenos podem ser explicados pela presença de grandes massas de água nessas regiões. Com relação a esses fenômenos, assinale o que for correto. 01) Ao anoitecer, a água do mar resfria-se mais rapidamente do que a terra, porque o calor específico da água é maior do que o da terra. 02) Ao anoitecer, a terra resfria-se mais rapidamente do que a água do mar, porque o calor específico da água é maior do que o da terra. 04) Durante o dia, observa-se uma brisa soprando do mar para a terra. Uma justificativa pode ser o fato de a massa de ar próxima à superfície da terra estar mais aquecida do que a massa de ar junto à superfície da água do mar. 08) Durante a noite, observa-se uma brisa soprando da terra para o mar. Uma justificativa pode ser o fato de a massa de ar próxima à superfície da terra estar mais aquecida do que a massa de ar junto à superfície da água do mar. 16) Durante o dia, a temperatura da água do mar é menor do que a da terra, porque o calor específico da água é maior do que o da terra. (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 05 (01+04) O calor é uma forma de energia, portanto se propaga de uma região para outra, de um corpo para outro, quando entre esses existe uma diferença de temperatura. Com relação à propagação de calor, assinale o que for correto. 01) A transferência de calor por convecção se deve ao fato de a densidade de partículas, que constituem o meio onde ocorre o fenômeno, ter valores diferentes. 02) Nos sólidos, os processos de condução e a convecção de calor podem ocorrer simultaneamente. 04) Uma garrafa térmica é construída com duplas paredes, sendo que uma delas é espelhada para evitar a transferência por irradiação. Entre elas existe vácuo, o que impede a transferência de calor por condução e por convecção para o meio ambiente. 08) A irradiação provoca alteração na temperatura do meio através do qual se propaga. [email protected] (UESPI-2012.1) - ALTERNATIVA: B Uma pizza de calabresa e queijo mussarela encontra-se inicialmente congelada, com todas as suas partes à mesma temperatura. A pizza é levada ao forno, e a mesma quantidade de calor é absorvida por massas iguais de calabresa e queijo. Ao ser retirada do forno, a parte de queijo encontra-se mais quente que a parte de calabresa. Isso ocorre porque: a) a parte de queijo possui condutividade térmica menor que a de calabresa. *b) a parte de queijo possui calor específico menor que a de calabresa. c) a parte de queijo possui calor de fusão menor que a de calabresa. d) a parte de queijo possui calor específico maior que a de calabresa. e) a parte de queijo possui condutividade térmica maior que a de calabresa. (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) Sobre os conceitos de termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Se dois corpos com diferentes temperaturas forem colocados em contato, uma certa quantidade de energia térmica será transferida de um corpo ao outro, devido, exclusivamente, à diferença de temperatura entre eles. 02) A quantidade de calor necessária para elevar em 1ºC a temperatura de 1 g de uma substância é denominada de calor específico dessa substância. 04) Quando uma quantidade de calor se transfere de um corpo a outro pelo processo de condução, essa energia se propaga devido à agitação atômica no material. 08) Nos líquidos, a transferência de calor ocorre, sobretudo, por meio das correntes de convecção, as quais são formadas devido à diferença entre as densidades das regiões mais quentes e mais frias do líquido. 16) A transferência de calor por radiação é realizada por meio de ondas eletromagnéticas, que se propagam somente na presença de um meio material. (IF/SC-2012.1) - ALTERNATIVA: C O frasco de Dewar é um recipiente construído com o propósito de conservar a temperatura das substâncias que ali forem colocadas, sejam elas quentes ou frias. O frasco consiste em um recipiente Tampa de paredes duplas espelhadas, com vácuo entre elas e de uma tampa feita de material isolante. A garrafa térmica que temos Vácuo em casa é um frasco de Dewar. Paredes O objetivo da garrafa térmica é Espelhadas evitar ao máximo qualquer processo de transmissão de calor entre a substância e o meio externo. É CORRETO afirmar que os processos de transmissão de calor são: a) indução, condução e emissão. b) indução, convecção e irradiação. *c) condução, convecção e irradiação. d) condução, emissão e irradiação. e) emissão, convecção e indução. 17 (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um copo plástico e um de alumínio estão dentro de uma geladeira. Eles possuem o mesmo volume e a mesma forma. Uma pessoa pega cada copo com uma das mãos e tem a sensação de que o copo de alumínio está mais frio que o de plástico. Isso acontece porque a) o copo de alumínio está mais frio, pois a capacidade térmica do plástico é maior que a do alumínio. b) o copo de plástico está realmente mais quente, pois a capacidade térmica do plástico é maior que a do alumínio. c) os dois estão à mesma temperatura, possuem a mesma condutividade térmica e a sensação diferente deve-se aos calores específicos de ambos. *d) os dois estão à mesma temperatura, e a sensação diferente que ocorre é porque a condutividade térmica do alumínio ser maior que a do plástico. e) os dois estão à mesma temperatura, e a sensação diferente que ocorre é devido ao fato de a condutividade térmica do alumínio ser menor que a do plástico. (IME/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: B Em problemas relacionados ao aproveitamento de energia térmica, é comum encontrar expressões com o seguinte formato: V = k.α.β, onde: • V : variável de interesse com dimensão de razão entre a potência e o produto área × temperatura; • α: representa a taxa de variação de temperatura com relação a uma posição; • β: é a viscosidade dinâmica de um fluido, cuja dimensão é a razão (força × tempo) / área. Sabendo-se que as dimensões básicas para temperatura, comprimento e tempo são designadas pelos símbolos θ, L, e T, a dimensão de k é dada por a) L−2 θ−2 T −1 *b) L2 θ−2 T −2 c) L−2 θ−2 T d) L−2 θ−2 T 2 e) L−2 θ2 T −1 VESTIBULARES 2012.2 (SENAI/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: E A foto a seguir mostra uma usina termonuclear situada no município de Angra dos Reis, no Estado do Rio de Janeiro. Fonte: Disponível em <http://www.eletronuclear.gov.br/empresa/index.php>. Acesso em: 20/07/2011. A instalação de usinas termonucleares próximas a rios, lagos ou mar se justifica pelo fato de que é necessário utilizar água desses locais para a) girar as turbinas. b) limpar as usinas. c) aquecer a água das turbinas. d) evitar que vaze radiação do reator. *e) condensar o vapor de água das turbinas. (UNIFOR/CE-2012.2) - ALTERNATIVA: B Em um projeto de engenharia, o técnico desenhou uma sala com um aparelho condicionador de ar próximo ao chão como se vê na figura. O condicionador de ar tinha como objetivo o resfriamento do ambiente. Um engenheiro, analisando o desenho, condenou a instalação do aparelho na forma projetada. Assinale a opção abaixo que melhor justifica a atitude do engenheiro. a) Neste caso, o ar é aquecido por radiação por isto o aparelho deve ficar na parte mais alta da parede. *b) O aparelho deve ser colocado na parte superior por força do Princípio da Convecção, onde a energia térmica se transmite com o deslocamento para cima do ar aquecido. c) O aparelho de ar condicionado irradia calor para dentro da sala então deve ser instalado na parte alta da parede. d) O ar, neste caso, é resfriado por condução então o aparelho deve ficar mais alto para otimizar o conforto térmico. e) O aparelho deve ficar mais alto porque o calor é energia térmica em trânsito por causa de uma diferença de temperatura. (UFU/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: A Ilhas e penínsulas não têm extremos de temperatura, quando as comparamos com os extremos registrados em localidades no interior do continente. Isso ocorre porque, quando o ar está quente nos meses de verão, a água o esfria; quando ele está frio nos meses do inverno, ela o aquece. A água possui o papel de moderar a temperatura, porque *a) seu calor específico é maior que o do ar; logo, ela perde e ganha calor mais lentamente. b) seu calor latente é inferior ao do ar; logo, ela mantém a temperatura do ambiente estável. c) sua energia interna varia mais rápido que a do ar, o que favorece a intensa troca de calor. d) sua dilatação térmica ocorre do mesmo modo que a do ar, equilibrando a troca de calor. Obs.: Essa questão pertence a uma prova que foi anulada por quebra de sigilo. [email protected] 18 (FEI/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: B O sistema de aquecimento solar é composto de placas coletoras, um reservatório de água quente e um reservatório de água fria. Para que o sistema funcione corretamente sem o auxílio de nenhuma válvula ou bomba, os equipamentos devem ser instalados de qual maneira? a) O reservatório de água fria deve ficar acima do reservatório de água quente e abaixo das placas coletoras. *b) O reservatório de água quente deve ficar acima das placas coletoras e abaixo do reservatório de água fria. c) O reservatório de água quente deve ficar acima do reservatório de água fria e acima das placas coletoras. d) O reservatório de água fria deve ficar abaixo do reservatório de água quente e acima das placas coletoras. e) O reservatório de água quente deve ficar no mesmo nível das placas coletoras e acima do reservatório de água fria. (PUC/PR-2012.2) - ALTERNATIVA: B Durante uma longa noite de estudos, Pedro resolve aquecer uma empada de frango, que estava parcialmente congelada, no seu forno de microondas. Após 1min30s de aquecimento, ele tira a empada do forno, toca a parte de cima, que é composta por uma camada bem sequinha de massa, e percebe que está a uma boa temperatura, isto é, que não irá queimar sua boca. Confiante, pega a empada em um guardanapo de papel e lança-lhe uma mordida voraz, queimando completamente a boca por dentro com o recheio quentíssimo. A partir do exposto acima, qual é a explicação mais provável para o ocorrido? a) O forno de micro-ondas opera basicamente com ondas de infravermelho, que aquecem o alimento de dentro para fora, o que propicia uma falsa sensação da temperatura interna. *b) As ondas eletromagnéticas geradas pelo forno interagem com as moléculas de água por ressonância. Dessa forma, partes com menor concentração de água precisam de mais tempo para esquentar. c) As ondas produzidas pelo forno em questão são ondas mecânicas de ultrassom. Essas ondas são muito eficientes no aquecimento de alimentos. d) Dentro do forno de micro-ondas, o dispositivo responsável por aquecer os alimentos é a lâmpada, que sempre acende quando está em funcionamento. e) As ondas que o forno de micro-ondas utiliza são os conhecidos raios gama. Esse é o motivo de nunca aproximar-nos dele durante seu funcionamento. (UFU/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: A As placas tectônicas são movimentadas em função do grande calor e do magma do interior da Terra. O transporte deste calor se dá das camadas mais profundas de nosso planeta até as fendas em sua superfície, como ilustra a figura abaixo. Magma Fenda (VUNESP/UNICID-2012.2) - ALTERNATIVA: C Nos hospitais, é comum médicos e enfermeiros fazerem a assepsia das mãos utilizando álcool em gel. Ao colocarmos um pouco desse álcool nas mãos temos uma sensação de frio porque o álcool, a) em forma de gel, encontra-se a uma temperatura inferior à da pele. b) por ser volátil, encontra-se a uma temperatura superior à da pele. *c) por meio do fenômeno da evaporação, absorve energia da pele. d) por ser desinfetante, fornece energia na forma de calor à pele. e) em forma de gel, fornece energia na forma de radiação à pele. (UEPG/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 27 (01+02+08+16) Calor é energia que pode ser transferida de um ponto para outro. Sobre a transferência de calor, assinale o que for correto. 01) É impossível ocorrer transferência de calor se não houver diferenças de temperatura. 02) Temperatura elevada não indica existência de calor. 04) O sol transfere energia térmica para terra por irradiação. 08) O calor pode ser transferido sem o arraste de matéria. 16) Determinados tipos de aeronaves e mesmo alguns pássaros fazem uso da transferência de calor para se elevar na atmosfera. COMINS, N.F.; KAUFMANN III, W.J. Descobrindo o universo. Porto Alegre: Bookman, 2010. p. 180. Do ponto de vista físico, o transporte deste calor ocorre devido *a) às correntes de convecção que se formam porque o magma aquecido por baixo se expande, tendo sua densidade diminuída. Isso cria correntes ascendentes, que liberam o calor para a superfície. b) ao fluxo de radiação de calor do interior do planeta para a superfície, decorrente da diferença entre a pressão interna e externa. Isso cria correntes ascendentes, que liberam o calor para superfície. c) às correntes de convecção, que se formam porque o magma aquecido por baixo se comprime, fazendo variar a pressão no interior do planeta. Isso cria correntes ascendentes cuja função é aliviar a pressão interna. d) ao campo magnético da Terra, que age sobre o magma aquecido por baixo, fazendo com que a força magnética o carregue para as fendas, liberando assim, o excesso de calor para a supefície. [email protected] 19 dilatação térmica VESTIBULARES 2012.1 DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS TERMOFÍSICA (IME/RJ-2012.1) - RESPOSTA: ∆V = 3,0 × 10−9 m3 Um corpo com velocidade v parte do ponto A, sobe a rampa AB e atinge o repouso no ponto B. → g B (FGV/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: A Em uma aula de laboratório, para executar um projeto de construção de um termostato que controle a temperatura de um ferro elétrico de passar roupa, os estudantes dispunham de lâminas de cobre e de alumínio de dimensões idênticas. O termostato em questão é formado por duas lâminas metálicas soldadas e, quando a temperatura do ferro aumenta e atinge determinado valor, o par de lâminas se curva como ilustra a figura, abrindo o circuito e interrompendo a passagem da corrente elétrica. Circuito fechado Circuito aberto 10 m corpo A 10 m Sabe-se que existe atrito entre o corpo e a rampa e que a metade da energia dissipada pelo atrito é transferida ao corpo sob a forma de calor. Determine a variação volumétrica do corpo devido à sua dilatação. Dados: ● aceleração da gravidade: g = 10 m.s−2; ● volume inicial do corpo: v i = 0,001 m3; ● coeficiente de dilatação térmica linear do corpo: α = 0,00001 K−1; ● calor específico do corpo: c = 400 J.kg−1.K−1. Observações: ● o coeficiente de atrito cinético é igual a 80% do coeficiente de atrito estático; ● o coeficiente de atrito estático é o menor valor para o qual o corpo permanece em repouso sobre a rampa no ponto B. (IF/CE-2012.1) - ALTERNATIVA: E Um bloco em forma de cubo possui volume de 400 cm3 a 0 ºC e 400,6 cm3 a 100 ºC. O coeficiente de dilatação linear do material que constitui o bloco, em unidades ºC−1, vale a) 4 × 10−5. b) 3 × 10−6. c) 2 × 10−6. d) 1,5 × 10−5. *e) 5 × 10−6. (UFPB-2012.1) - ALTERNATIVA: B Ultimamente, o gás natural tem se tornado uma importante e estratégica fonte de energia para indústrias. Um dos modos mais econômicos de se fazer o transporte do gás natural de sua origem até um mercado consumidor distante é através de navios, denominados metaneiros. Nestes, o gás é liquefeito a uma temperatura muito baixa, para facilitar o transporte. As cubas onde o gás liquefeito é transportado são revestidas por um material de baixo coeficiente de dilatação térmica, denominado invar, para evitar tensões devido às variações de temperatura. Em um laboratório, as propriedades térmicas do invar foram testadas, verificando a variação do comprimento (L) de uma barra de invar para diferentes temperaturas (T). O resultado da experiência é mostrado, a seguir, na forma de um gráfico: L (m) 1,0001 Dados Coeficiente de dilatação linear do cobre = 1,7 × 10−5 ºC−1 Coeficiente de dilatação linear do alumínio = 2,4 × 10−5 ºC−1 Para que o termostato possa funcionar adequadamente, *a) a lâmina de cima deve ser de cobre e a de baixo de alumínio. b) a lâmina de cima deve ser de alumínio e a de baixo de cobre. c) ambas as lâminas devem ser de cobre. d) ambas as lâminas devem ser de alumínio. e) as lâminas não podem ser do mesmo material e é indiferente qual delas está em cima. (UFT/TO-2012.1) - ALTERNATIVA: C Uma chapa metálica quadrada possui um furo circular de raio r0 em seu centro. Deseja-se encaixar uma chapa metálica circular de raio r = r0 + x no orifício da chapa quadrada, que é do mesmo material metálico. Sabe-se que um cubo com volume inicial V0 deste material metálico sofreu uma variação volumétrica ∆V = V0 /10 após o aquecimento de um grau celsius (1°C). Qual a variação de temperatura (∆θ) necessária para que a chapa circular caiba exatamente no orifício da chapa quadrada? r0 r0 + x Considere o material puro, homogêneo, isótropo e que somente a chapa circular sofre variação de temperatura. a) ∆θ = 15r0 (r0 + x)2 ºC b) ∆θ = 10 − 10r0 (r0 + x) 2 2 ºC *c) ∆θ = 15r0 (r0 + x)2 − 15 ºC 1 d) ∆θ = −10 ºC e) ∆θ = 10 ºC Obs.: Encontra-se a alternativa C como resposta usando dilatação superficial [A = A0(1 + β∆θ)]. Se utilizar dilatação linear 30r0 [L = L0(1 + α∆θ)] a resposta será ∆θ = − 30 ºC (r0 + x) [email protected] 0 50 100 T (ºC) Com base nesse gráfico, conclui-se que o coeficiente de dilatação térmica linear da barra de invar é: d) 10 × 10−6 / °C a) 1 × 10−6 / °C −6 e) 20 × 10−6 / °C *b) 2 × 10 / °C c) 5 × 10−6 / °C 20 (UNITAU-TAUBATÉ-2012.1) - ALTERNATIVA: A Uma chapa metálica de formato retangular está a uma temperatura θ0 , e seus lados têm comprimentos a0 e b0 , sendo a área inicial da chapa igual a S0 = a0 .b0 . A chapa metálica é aquecida até uma temperatura θ0 + ∆θ e, como consequência, seus lados se dilatam. Os lados da chapa passam a ter comprimentos a = a0 (1 + α.∆θ) e b = b0 (1 + α.∆θ), onde α é o coeficiente de dilatação linear e ∆θ é a diferença de temperatura que causou a dilatação. É CORRETO afirmar que a área dilatada S, sem qualquer tipo de aproximação, será: *a) S = S0 (1 + 2 α.∆θ + α2.∆θ2 ). b) S = S0 (1 + 2 α.∆θ ). c) S = S0 (1 + α2.∆θ2 ). d) S = S0 (2 α.θ + α2.∆θ2 ). e) S = S0 (1 + 2 α + α2.∆θ2 ). (UECE-2012.1) - ALTERNATIVA: A Uma haste metálica é composta de dois segmentos de mesmo tamanho e materiais diferentes, com coeficientes de dilatação lineares α1 e α2 . Uma segunda haste, feita de um único material, tem o mesmo comprimento da primeira e coeficiente de dilatação α . Considere que ambas sofram o mesmo aumento de temperatura e tenham a mesma dilatação. Assim, é correto afirmar-se que *a) α = (α1 + α2) / 2 . b) α = (α1 ּ α2) / (α1 + α2) . c) α = (α1 + α2) / (α1 ּ α2) . d) α = α1 + α1 . (UDESC-2012.1) - ALTERNATIVA: A Em um dia típico de verão utiliza-se uma régua metálica para medir o comprimento de um lápis. Após medir esse comprimento, colocase a régua metálica no congelador a uma temperatura de −10 ºC e esperam-se cerca de 15 min para, novamente, medir o comprimento do mesmo lápis. O comprimento medido nesta situação, com relação ao medido anteriormente, será: *a) maior, porque a régua sofreu uma contração. b) menor, porque a régua sofreu uma dilatação. c) maior, porque a régua se expandiu. d) menor, porque a régua se contraiu. e) o mesmo, porque o comprimento do lápis não se alterou. (UEG/GO-2012.1) - RESOLUÇÃO OFIC. NO FINAL DA QUESTÃO Uma esfera maciça, feita de alumínio, possui um raio R0 e está dentro de uma caixa na forma de um paralelepípedo de ferro, com paredes de espessura fina e arestas internas dadas por a0 > c0 > b0. O coeficiente de dilatação do alumínio é maior que o do ferro. Por meio de um fio condutor, pode-se fornecer calor à esfera e à caixa, simultaneamente. Cosiderando a situação apresentada, deduza uma equação para a variação de temperatura que se pode fornecer ao sistema para que a esfera não afete a integridade da caixa. RESOLUÇÃO OFICIAL UEG/GO-2012.1: A esfera tem diâmetro D0 = 2R0. O cubo tem arestas a0 > c0 > b0. O encontro ocorrerá com o lado menor do paralelepído. Neste caso, tem-se: Dfinal = bfinal ⇒ ∆D + D0 = ∆b + b0 ⇒ D0 αAl ∆T + D0 = b0 αFe ∆T + b0 ⇒ ∆T = b0 − D0 D0 αAl − b0 αFe (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: B Duas barras metálicas possuem comprimentos 1 e 2 e coeficientes de dilatação linear α1 e α2, respectivamente. Partindo da mesma temperatura e sofrendo a mesma variação de temperatura, os tamanhos finais das barras serão L1 e L2 , respectivamente. Sabendo-se que 1 = 2 2 e α2 = 2α1 , afirma-se corretamente que a) L1 = L2 + 2 . 2 *b) L1 = L2 + c) L2 = L1 + d) L1 = L2 . 1 . 2 2 1 . (SENAC/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um pêndulo simples é constituído de um fio de massa desprezível e comprimento , preso por uma extremidade e tendo uma esfera de massa M suspensa na outra extremidade. Para pequenas amplitudes, a frequência de oscilação de um pêndug 1 , onde g é a aceleração lo simples pode ser expressa por f = 2π  da gravidade local. Assim, um relógio de pêndulo típico a) terá sua frequência invariável em qualquer estação do ano. b) terá seu período maior no inverno que no verão. c) atrasará no inverno. *d) atrasará no verão. e) atrasará, se for levado para um local de menor altitude. √ (FUVEST/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: C Para ilustrar a dilatação dos corpos, um grupo de estudantes apresenta, em uma feira de ciências, o instrumento esquematizado na figura abaixo. (FEI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: D Em uma porta corta fogo de aço, com 2 m de altura, as folgas na parte superior e inferior são as mesmas e valem 0,5 mm. Desejase que, a partir de certa temperatura, a porta emperre e não possa mais ser aberta, evitando assim que o fogo intenso atravesse para a área de escape. Se o coeficiente de dilatação da porta é α = 1,5 × 10−6 /°C, e se a porta está inicialmente a 20 °C, qual é, aproximadamente, a máxima temperatura a que a porta pode ser submetida antes que emperre? a) 186 °C b) 254 °C c) 286 °C *d) 353 °C e) 432 °C (FGV/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: D As linhas de metrô são construídas tanto sob o solo quanto sobre este. Pensando nas variações de temperatura máxima no verão e mínima no inverno, ambas na parte de cima do solo, os projetistas devem deixar folgas de dilatação entre os trilhos, feitos de aço de coeficiente de dilatação linear 1,5 × 10−5 ºC−1. Em determinada cidade britânica, a temperatura máxima costuma ser de 104 ºF e a mínima de −4 ºF. Se cada trilho mede 50,0 m nos dias mais frios, quando é feita sua instalação, a folga mínima que se deve deixar entre dois trilhos consecutivos, para que eles não se sobreponham nos dias mais quentes, deve ser, em centímetros, de a) 1,5. *d) 4,5. b) 2,0. e) 6,0. c) 3,0. 21 Nessa montagem, uma barra de alumínio com 30 cm de comprimento está apoiada sobre dois suportes, tendo uma extremidade presa ao ponto inferior do ponteiro indicador e a outra encostada num anteparo fixo. O ponteiro pode girar livremente em torno do ponto O, sendo que o comprimento de sua parte superior é 10 cm e, o da inferior, 2 cm. Se a barra de alumínio, inicialmente à temperatura de 25 ºC, for aquecida a 225 ºC, o deslocamento da extremidade superior do ponteiro será, aproximadamente, de a) 1 mm. b) 3 mm. NOTE E ADOTE *c) 6 mm. Coeficiente de dilatação linear do alumínio: 2×10−5 ºC−1. d) 12 mm. e) 30 mm. [email protected] Volume (cm3 ) (UNIOESTE/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: D O funcionário de um ferrovia precisa instalar um segmento de trilho para recompor uma linha férrea. O comprimento sem trilho é de 25,00 m. O funcionário sabe que a temperatura no local da instalação varia de 10 ºC, no inverno, a 40 ºC, no verão. O coeficiente de dilatação térmica do aço, material do qual o trilho é fabricado, é igual a 14 × 10−6 ºC−1. Se a manutenção ocorrer no inverno, qual dos valores listados abaixo aproxima-se mais do máximo comprimento que o funcionário deve cortar o trilho para encaixar no espaço a ser preenchido? a) 25,00 m. *d) 24,99 m. b) 24,90 m. e) 24,95 m. c) 25,01 m. (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A Um cubo possui aresta de tamanho L e é feito de um metal cujo coeficiente de dilatação linear é α. Após ser submetido a uma variação de temperatura ∆T, a razão entre a sua variação de área e a sua variação de volume é igual a *a) 4 / L. b) 2 / (3L). c) 3 / (2L). d) 2 / L. (UFT/TO-2012.1) - ALTERNATIVA: B Para um aumento de temperatura observa-se que a maioria das substâncias dilata-se, isto é, aumenta de volume. Porém, o mesmo não ocorre com a água em estado líquido, que apresenta comportamento anômalo entre 0 °C e 4 °C, ou seja, neste intervalo de temperatura o volume da água diminui. Por outro lado, quando a água é aquecida acima de 4 °C seu volume aumenta à medida que a temperatura aumenta. O gráfico abaixo ilustra a variação do volume com o aumento da temperatura para 1g (um grama) de água. 1,0003 1,0002 1,0001 1 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) (UESPI-2012.1) - ALTERNATIVA: E Um lápis, de coeficiente de dilatação térmica linear α, tem tamanho L0 quando inicialmente colocado em um ambiente a uma temperatura T0. Sejam L1 e L2 os tamanhos do lápis quando colocado em ambientes a temperaturas T1 = T0 + ∆T e T2 = T0 − ∆T, respectivamente. A expressão para a soma L1 + L2 é: a) L0 (1 + α∆T) b) L0 [1 + α (∆T + T0)] c) L0 [1 − α (∆T + T0)] d) L0 [1 + α (∆T + T0)] [1 − α (∆T + T0)] *e) 2 L0 (CESGRANRIO/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: A Uma placa é feita de um material que possui um coeficiente linear de dilatação térmica igual a 1,0 × 10−5 ºC−1. Ao aumentar sua temperatura em 50 °C, qual é o aumento percentual de área de uma placa feita do mesmo material? *a) 0,10 % d) 0,0050 % b) 0,050 % e) 0,010 % c) 0,0010 % (UECE/URCA-2012.1) - ALTERNATIVA: B O raio da base de um cone metálico, cuja densidade é igual a 10 g/cm3, tem a 0°C um comprimento inicial Ro = 2 cm. Aquecendo-se este cone até uma temperatura de 100°C a sua altura sofre uma variação ∆h = 0,015 cm. Sendo a massa do cone de 100 g, o coeficiente de dilatação linear médio do material vale: a) 6 × 10−4 °C−1 *b) 6 × 10−5 °C−1 c) 5 × 10−4 °C−1 d) 5 × 10−5 °C−1 e) 4 × 10−4 °C−1 DILATAÇÃO DO CORPO OCO E DA ÁGUA (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um disco de ferro, de área igual a 100,0 cm2, ajusta-se perfeitamente em uma cavidade existente em um bloco de cobre, estando ambos a 0 ºC. Sabendo-se que os coeficientes de dilatação linear do ferro e do cobre são respectivamente iguais a 1,0 × 10−5 ºC−1 e 1,6 × 10−5 ºC−1, a área da coroa vazia entre o disco de ferro e a cavidade no cobre, quando o conjunto atingir a temperatura de 100 ºC, será igual, em cm2, a a) 0,18 b) 0,16 c) 0,14 *d) 0,12 [email protected] Considerando o gráfico acima, assinale a alternativa que apresenta a CORRETA variação da densidade em função da temperatura, para 1 grama de água. a) Densidade (g/cm3 ) 1 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) *b) Densidade (g/cm3 ) 1 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) c) Densidade (g/cm3 ) 1 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) d) Densidade (g/cm3 ) 1 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) e) Densidade (g/cm3 ) 1 0,9999 0,9998 0,9997 0,9996 0 2 4 6 8 10 Temperatura (ºC) 22 (FAAP/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: E As tampas metálicas dos recipientes de vidro são mais facilmente removidas quando o conjunto é imerso em água quente. Tal fato ocorre porque: a) a água quente lubrifica as superfícies em contato, reduzindo o atrito entre elas; b) a água quente amolece o vidro, permitindo que a tampa se solte; c) a água quente amolece o metal, permitindo que a tampa se solte; d) o vidro dilata-se mais que o metal, quando ambos são sujeitos à mesma variação de temperatura; *e) o metal dilata-se mais que o vidro, quando ambos são sujeitos á mesma variação de temperatura. (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 05 (01+04) Em um experimento para demonstrar a dilatação térmica dos materiais sólidos foram utilizados os seguintes materiais: um cilindro metálico de raio r1 e uma placa, também metálica, com um orifício circular de raio r2 coincidente com o seu centro geométrico. O cilindro e a placa são constituídos por metais diferentes cujos coeficientes de dilatação térmica linear são respectivamente, α1 e α2. Quando o cilindro e a placa estão em equilíbrio térmico com o meio ambiente, observa-se que o cilindro pode atravessar, sem folga, o orifício na placa. A figura abaixo permite visualizar a montagem do experimento. Com relação a esse experimento, assinale o que for correto. (UNIMONTES/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: B Uma esfera de raio R sofre uma variação de temperatura ∆T. O coeficiente de dilatação linear do material de que é constituída a esfera é α. Devido a essa variação de temperatura, a esfera sofre uma variação de volume e da área da superfície dados por ∆V e ∆S, respectivamente. A variação da área da superfície é, numericamente, a metade da variação de volume. O valor de R, em unidades de comprimento, é igual a a) 2,0. *b) 4,0. c) 1,0 d) 0,5. DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS (VUNESP/UFTM-2012.2) - ALTERNATIVA: A Um tanque metálico em forma de paralelepípedo possui em seu interior uma parede que o divide em duas câmaras. Uma das câmaras (câmara 1) é completamente preenchida com água, que se encontra em equilíbrio térmico com o tanque. O conjunto é levado a aquecimento abaixo do ponto de fervura da água e, devido à dilatação, parte da água transborda para a segunda câmara (câmara 2). A dilatação real da água corresponde ao volume derramado na câmara 2, *a) mais a dilatação da câmara 1. b) mais as dilatações das câmaras 1 e 2. c) menos as dilatações das câmaras 1 e 2. d) mais a dilatação da câmara 1 subtraído da dilatação da câmara 2. e) menos a dilatação da câmara 1 somado à dilatação da câmara 2. 01) Se α1 > α2 e somente a placa for aquecida, o cilindro passará através do orifício. 02) Se o cilindro e a placa forem igualmente aquecidos e α1 > α2, o cilindro passará através do orifício. 04) Se o cilindro e a placa forem igualmente aquecidos e α1 < α2, o cilindro passará através do orifício. 08) Se o cilindro e a placa forem igualmente resfriados e α1 > α2, o cilindro não passará através do orifício. 16) Se α1 = α2 e somente o cilindro for aquecido, ele passará através do orifício. (UEPG/PR-2012.2) - RESPOSTA OFICIAL: SOMA = 21 (01+04+16) O gráfico abaixo mostra a dilatação de uma substância quando é submetida a uma variação de temperatura. Sobre o fenômeno da dilatação térmica, assinale o que for correto. VESTIBULARES 2012.2 DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS (CEFET/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: E A figura seguinte representa um termostato usado em aquários para evitar que a temperatura da água atinja valores baixos. O aquecedor é constituído de uma lâmina bimetálica e um contato ligado na rede elétrica (V) e numa resistência (R), como mostrado no circuito. Na tabela são fornecidos valores dos coeficientes de dilatação linear de alguns metais. Metal Metal B Metal A Coeficiente de dilatação (1/ºC 23 × 10−6 19 × 10−6 17 × 10−6 11 × 10−6 alumínio latão V R 01) Se a substância apresentada pelo gráfico for um líquido, e no instante inicial o volume do líquido encher plenamente um recipiente, ocorrendo a elevação da temperatura, parte do volume do líquido vai extravasar. 02) Para uma mesma substância, o gráfico apresentado é o mesmo para dilatação linear, superficial ou volumétrica. 04) Todo corpo, independente de sua forma, em cujo interior haja um orifício, ao se dilatar comporta-se como se fosse maciço. 08) É impossível determinar o coeficiente de dilatação de um gás, uma vez que o gás não tem volume próprio. 16) O coeficiente angular da reta corresponde ao coeficiente de dilatação volumétrica da substância. Obs.: Com relação à afirmativa 01 precisa analisar o coeficiente de dilatação do recipiente, se ele for menor que o do líquido a afirmativa está correta, senão está errada. 23 cobre aço A uma temperatura próxima a 22ºC, a lâmina encontra-se na posição mostrada na figura. Ao reduzir a temperatura da água, ela curva-se até fechar o contato a 18 ºC, estabelecendo uma corrente elétrica. Nessas condições, ela é aquecida e volta à sua forma original, desligando o circuito. Para que essa lâmina apresente maior curvatura para a referida variação de temperatura, os metais A e B podem ser, respectivamente, de a) cobre e aço. d) alumínio e latão. b) latão e cobre. *e) cobre e alumínio. c) alumínio e aço. Obs.: A resposta oficial é alternativa C. [email protected] DILATAÇÃO DO CORPO OCO E DA ÁGUA (VUNESP/UFTM-2012.2) - ALTERNATIVA: D Ao fazer um estudo a respeito da dilatação térmica da matéria, seja sólida ou líquida, foram feitas algumas colocações: I. ao se aquecer um anel metálico, verifica-se que, com a dilatação do anel, seu orifício interno diminui; II. em países que sofrem grandes variações de temperatura, do dia para a noite, ou de uma estação para outra, devem se manter vãos entre os trilhos de trem, por exemplo, ou nas estruturas de pontes e viadutos; III. ao aumentar a temperatura de um corpo sólido, seu volume aumenta e, consequentemente, sua densidade também aumenta; IV. ao aquecer determinado líquido, em um recipiente completamente preenchido, o derramamento desse líquido significa que a dilatação real do líquido é maior que a dilatação do recipiente. Das afirmativas anteriores, são corretas, apenas, a) I e II. *d) II e IV. b) I e III. e) III e IV. c) II e III. (IF/GO-2012.2) - ALTERNATIVA: C Os diagramas abaixo ilustram o comportamento aproximado do volume e da densidade em função da temperatura de um líquido à pressão normal. V (cm3) d (g/cm3) V0 1 V 0 4 t (ºC) 0 4 t (ºC) De acordo com os diagramas, é correto afirmar que: a) Os diagramas representam o comportamento de um metal no estado líquido. b) Os diagramas não conseguem representar o comportamento de líquidos, pois a densidade de qualquer substância é constante. *c) Os diagramas representam o comportamento anômalo da água (H2O) que, a 4°C, tem menor volume e, consequentemente, maior densidade. d) A água (H2O) a 4°C tem o maior volume possível e, consequentemente, a maior densidade. e) Os diagramas representam a possibilidade de se obter gelo em temperaturas superiores a 4°C. (IF/SC-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 10 (02+08) A dilatação térmica é um fenômeno decorrente da variação da temperatura que as substâncias sofrem. Em alguns casos, é muito discreta, mas não deve ser desconsiderada. Na construção de pontes, prédios, calçadas, etc, os efeitos da dilatação térmica são levados em conta com a utilização das juntas de dilatação, entre outras ações. A dilatação térmica nos líquidos é mais acentuada do que nos sólidos e por isso merece mais atenção. Com base no fenômeno da dilatação térmica, assinale no cartão-resposta o número correspondente à proposição correta ou à soma das proposições corretas. 01. A dilatação térmica é consequência do aumento do número de partículas da substância. 02. A dilatação térmica é proporcional às dimensões iniciais do corpo e depende das características da substância que compõe o corpo e do aumento da temperatura. 04. Quando uma chapa com um orifício é aquecida, a chapa dilata e tem suas dimensões aumentadas, enquanto as dimensões do orifício são diminuídas. 08. Não devemos encher completamente um recipiente com um líquido e depois colocar o conjunto para aquecer, pois, como os líquidos dilatam mais que os sólidos, o líquido irá transbordar do recipiente. 16. Todas as substâncias sofrem a mesma dilatação quando são submetidas à mesma variação de temperatura. 32. Para calcular a dilatação térmica de um corpo, devemos levar em conta a massa do mesmo. [email protected] 24 transformações gasosas VESTIBULARES 2012.1 (UERJ-2012.1) - ALTERNATIVA: B Em um reator nuclear, a energia liberada na fissão de 1 g de urânio é utilizada para evaporar a quantidade de 3,6 × 104 kg de água a 227ºC e sob 30 atm, necessária para movimentar uma turbina geradora de energia elétrica. Admita que o vapor d’água apresenta comportamento de gás ideal e a constante universal dos gases ideais = 0,08 atm.L.mol−1.K−1 . O volume de vapor d’água, em litros, gerado a partir da fissão de 1 g de urânio, corresponde a: a) 1,32 × 105. *b) 2,67 × 106. c) 3,24 × 107. d) 7,42 × 108. (PUC/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: E Um processo acontece com um gás ideal que está dentro de um balão extremamente flexível em contato com a atmosfera. Se a temperatura do gás dobra ao final do processo, podemos dizer que: a) a pressão do gás dobra, e seu volume cai pela metade. b) a pressão do gás fica constante, e seu volume cai pela metade. c) a pressão do gás dobra, e seu volume dobra. d) a pressão do gás cai pela metade, e seu volume dobra. *e) a pressão do gás fica constante, e seu volume dobra. (UDESC-2012.1) - ALTERNATIVA: B Em um dia muito frio, quando os termômetros marcam −10 ºC, um motorista enche os pneus de seu carro até uma pressão manométrica de 200 kPa. Quando o carro chega ao destino, a pressão manométrica dos pneus aumenta para 260 kPa. Supondo que os pneus se expandiram de modo que o volume do ar contido neles tenha aumentado 10%, e que o ar possa ser tratado como um gás ideal, a alternativa que apresenta o valor da temperatura final dos pneus é: (Dado: patm = 1,0 × 105 N/m2) a) 103 ºC d) 16 ºC *b) 74 ºC e) 112 ºC c) 45 ºC TERMOFÍSICA (UFF/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: B Uma quantidade de um gás ideal é colocada em um recipiente de vidro hermeticamente fechado e exposto ao sol por um certo tempo. Desprezando-se a dilatação do recipiente, assinale a alternativa que representa corretamente, de forma esquemática, os estados inicial (i) e final (f) do gás em um diagrama P×T (Pressão × Temperatura). a) P d) P f i f T i T e) P *b) P f i f i T c) P f T i T (CEFET/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: E Em um termômetro a gás, de volume constante, a grandeza termométrica é a pressão desse gás considerado ideal. Se, a 27 ºC, sua pressão for de 100 mmHg, então, ao duplicá-la, a temperatura correspondente, em ºC, será de a) 54. b) 81. c) 127. d) 273. *e) 327. (IF/SC-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 10 (02+08) Três recipientes A, B e C estão interligados por tubos de volume desprezível, dotados de uma torneira T, conforme esquema a seguir. Num determinado instante, o recipiente A contém 12 litros de um gás ideal, à temperatura de 127 ºC e pressão de 6,0 atm. Já nos recipientes B e C, que possuem, respectivamente, volumes de 6 litros e 10 litros, há vácuo. B A T (VUNESP/UFSCar-2012.1) - ALTERNATIVA: A Na cafeteira conhecida como “italianinha”, a geração de vapor em um recipiente inferior, empurra a água aquecida em direção ao recipiente superior, fazendo-a antes passar pelo pó de café. válvula de segurança recipiente inferior pressurizado C pressão necessária para abertura da válvula pressão atmosférica local temperatura do vapor a 1,0 × 10 Pa 5 1,5 × 105 Pa 1,0 × 105 Pa 100 ºC Por prevenção, tais cafeteiras possuem uma válvula de segurança, fixa na lateral do recipiente inferior. Certa vez, quando praticamente já não havia água líquida, a comunicação entre os recipientes se entupiu, selando o recipiente inferior que ainda recebia calor da chama do fogão. Admitindo-se que o vapor de água se comporte como um gás perfeito, a temperatura em ºC a ser atingida por ele, no momento iminente da abertura da válvula de segurança, será de aproximadamente *a) 286. d) 170. b) 270. e) 156. c) 216. [email protected] Com base na situação apresentada, assinale no cartão-resposta a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. Abrindo a torneira, o gás se expande. Se a pressão diminuir para 0,5 atm, a temperatura do gás diminui para 44,44 K. 02. Abrindo a torneira, o gás se expande. Se ocorrer uma expansão isotérmica, a pressão do gás diminui, aproximadamente, para 2,57 atm. 04. A pressão de um gás está associada ao número de colisões das moléculas constituintes com as paredes do recipiente, à sua temperatura absoluta e ao volume do recipiente que o contém. 08. Abrindo a torneira, o gás se expande. Para ele se expandir isobaricamente, é necessário aumentar a temperatura em aproximadamente 933,33 K. 16. Um mol de qualquer gás nas CNTP, ou seja, a 25 °C e a 1,0 atm de pressão, ocupa 22,4 L. 32. Pelo modelo de gás ideal, as moléculas que compõem o gás são consideradas como pequenas esferas, pois se pretende, somente, analisar a energia de translação associada, desprezando-se qualquer energia associada a rotação. 25 (UFLA/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A Numa temperatura de 27 °C, um balão é preenchido com gás hélio até seu volume alcançar 300 cm3. Deixando-o exposto à radiação solar, sua temperatura alcança 42 °C. Considerando que a pressão do gás no interior do balão manteve-se em equilíbrio com a pressão atmosférica e considerando o gás hélio como um gás ideal, tem-se que o volume do balão à temperatura de 42 °C é: *a) 315 cm3 c) 467 cm3 3 b) 193 cm d) 342 cm3 (INATEL/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: D O gráfico abaixo pode estar representando: I – p × T para um gás a V constante. II – V × T para um gás a p constante. III – p × V para um gás a T constante. (VUNESP/UFTM-2012.1) - ALTERNATIVA: D Considere os processos termodinâmicos isobárico, isotérmico, isocórico e adiabático em um gás ideal. É correto afirmar que, nos processos a) isotérmicos, a densidade do gás permanece constante. b) isocóricos, a pressão diminui e a temperatura aumenta. c) adiabáticos, ocorrem trocas de calor com o meio exterior. *d) isobáricos, a razão entre volume e temperatura é constante. e) isobáricos, a pressão é proporcional ao volume. (SENAI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um balão cheio de gás hélio tem um volume de 2 L quando solto próximo à superfície da Terra, no nível do mar, e está numa temperatura de 27 ºC. Ao atingir uma certa altitude, a temperatura está em 7 ºC e a pressão do ar é de 0,8 atm. O novo volume aproximado do balão será de a) 1,5 L. b) 1,8 L. c) 2,0 L. *d) 2,3 L. e) 2,5 L. (VUNESP/FMJ-2012.1) - ALTERNATIVA: D Após receber seu novo freezer para cervejas, o dono de um bar no litoral decide testá-lo inicialmente vazio, para verificar se de fato ele atinge a temperatura de −3 ºC, temperatura medida corretamente por um termômetro no corpo do aparelho. Depois de avaliar o acabamento interno, fecha a porta e aguarda o resfriamento que realmente atinge a temperatura desejada. Sem perder tempo, decide colocar garrafas e latinhas para resfriar. a) Apenas I está correta b) Apenas II está correta c) Apenas III está correta *d) Apenas I e II estão corretas e) Apenas II e III estão corretas (INATEL/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um gás está contido em um cilindro, provido de um pistom de peso P = 200 N e área da seção reta A = 100 cm2. Inicialmente, o sistema está em equilíbrio nas condições mostradas na figura abaixo. 150 cm 9,0 cm 60 cm 50 cm Suponha que a temperatura foi mantida constante e que a pressão atmosférica local vale 1,0 × 105 Pa. Agora, inverta o cilindro de modo que o pistom passe a comprimir o gás e determine a nova altura que este gás ocupará dentro do cilindro. a) 9,0 cm d) 5,0 cm b) 8,2 cm e) 3,0 cm *c) 6,0 cm (VUNESP/UEA-2012.1) - ALTERNATIVA: C O gráfico de pressão versus volume representa várias compressões isotérmicas sofridas por um gás ideal. P Ao tentar abrir a porta do freezer, verifica que ela oferece grande dificuldade em ser aberta devido à queda de pressão em seu interior. A diferença de pressões, interna e externa, faz surgir sobre a porta uma força resultante de intensidade, em N, aproximadamente, igual a Dados: – temperatura do ambiente em que está o freezer = 27 ºC; – pressão no litoral = 1 × 105 Pa; – considerar o ar um gás ideal e que a vedação da porta funcione perfeitamente. a) 2 000. b) 4 000. c) 6 000. *d) 9 000. e) 12 000. (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 03 (01+02) Sobre os gases, assinale o que for correto. 01) É possível reunir as três leis dos gases: lei de Gay-Lussac, lei de Charles e lei de Boile-Mariotte em uma só, que se aplica a qualquer transformação sofrida por um gás ideal. 02) Um gás sendo aquecido sob pressão constante, aumenta o seu volume e aumenta a energia cinética média de suas moléculas. 04) A lei de Gay-Lussac diz que em uma transformação isobárica a pressão e a temperatura são grandezas diretamente proporcionais, onde a constante k depende da pressão e da natureza do gás. 08) Segundo a equação geral dos gases, a pressão de um gás depende somente do volume em que ele está confinado. T4 T2 T1 T3 V A relação de ordem correta entre as temperaturas mencionadas é a) T1 = T2 = T3 = T4 b) T1 > T2 > T3 >T4 *c) T4> T3 > T2 > T1 d) T4 > T3 < T2 < T1 e) T4 < T3 > T2 > T1 [email protected] 26 (UECE-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um tanque com volume V contém nO moles de oxigênio e nN moles de nitrogênio à temperatura T. Sendo R a constante universal dos gases e considerando-se que esses gases se comportem como gases ideais dentro desse tanque, a pressão causada pelo oxigênio é a) P = nORT / (2V). *c) P = nORT / V. b) P = (nO + nN)RT / (2V). d) P = 3nORT / (2V). (UFPR-2012.1) - RESPOSTA: V = 4×104 litros Para tirar fotografias da vida marinha, um mergulhador utiliza um reservatório de ar comprimido com volume de 20 litros, preso às suas costas durante seu trabalho abaixo da superfície do mar. Quando está cheio, a pressão do ar comprimido no interior desse reservatório é igual a 20×107 Pa. Considere a temperatura do ar no interior do reservatório igual à temperatura externa, e a pressão atmosférica igual a 1×105 Pa. Calcule o volume de ar, à pressão atmosférica, que está armazenado nesse reservatório. (CESGRANRIO/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um gás ideal monoatômico passa por um processo adiabático de expansão onde o volume inicial V = 20 litros é multiplicado por um fator 8. A seguir, esse mesmo gás passa por um processo isotérmico de compressão em que sua pressão é aumentada por um fator 16. Calcule, em litros, o volume final desse gás. a) 5 *b) 10 c) 20 d) 40 e) 50 Dado: γ = CP / CV = 5/3 VESTIBULARES 2012.2 (UNESP-2012.2) - ALTERNATIVA: D Um frasco para medicamento com capacidade de 50 mL, contém 35 mL de remédio, sendo o volume restante ocupado por ar. Uma enfermeira encaixa uma seringa nesse frasco e retira 10 mL do medicamento, sem que tenha entrado ou saído ar do frasco. Considere que durante o processo a temperatura do sistema tenha permanecido constante e que o ar dentro do frasco possa ser considerado um gás ideal. situação inicial ar 35 mL situação final ar 10 mL (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: B A figura representa um mol de moléculas de um gás ideal que sofre uma transformação isotérmica reversível A → B. P (atm) 2 A Na situação final em que a seringa com o medicamento ainda estava encaixada no frasco, a retirada dessa dose fez com que a pressão do ar dentro do frasco passasse a ser, em relação à pressão inicial, a) 60% maior. b) 40% maior. c) 60% menor. *d) 40% menor. e) 25% menor. (UDESC-2012.2) - ALTERNATIVA: A No interior de um tubo cilíndrico vertical, fechado em sua base, um gás ideal é contido por um pistão móvel de massa desprezível. O gás com volume inicial V0 é aquecido de 27 ºC até 87 ºC. Nesta temperatura o pistão é fixado, e o gás é novamente aquecido até 267 ºC. Considere que não há atrito entre o pistão e o cilindro, e que ambos estão expostos à pressão atmosférica p0. O gráfico que representa as transformações sofridas pelo gás é: *a) d) PB 0 1 B 2 V (L) Nessas condições, a pressão PB, em atm, é igual a a) 0,5 *b) 1,0 c) 2,0 d) 3,0 e) 4,0 (UNICAMP/SP-2012.1) - RESPOSTA: a) E = 37 800 N b) T = 360 K Os balões desempenham papel importante em pesquisas atmosféricas e sempre encantaram os espectadores. Bartolomeu de Gusmão, nascido em Santos em 1685, é considerado o inventor do aeróstato, balão empregado como aeronave. Em temperatura ambiente, Tamb = 300 K, a densidade do ar atmosférico vale ρamb = 1,26 kg/m3. Quando o ar no interior de um balão é aquecido, sua densidade diminui, sendo que a pressão e o volume permanecem constantes. Com isso, o balão é acelerado para cima à medida que seu peso fica menor que o empuxo. a) Um balão tripulado possui volume total V = 3,0 × 106 litros. Encontre o empuxo que atua no balão. b) Qual será a temperatura do ar no interior do balão quando sua densidade for reduzida a ρquente = 1,05 kg/m3 ? Considere que o ar se comporta como um gás ideal e note que o número de moles de ar no interior do balão é proporcional à sua densidade. b) e) c) [email protected] 27 (UNEMAT-PM/MT-2012.2) - ALTERNATIVA: A Jacques Alexandre César Charles nasceu em novembro de 1746, em Beaugency, França. Recebe a denominação de LEI de CHARLES a lei que rege as transformações a volume constante de determinada massa de gás. As transformações a volume constante são chamadas de: *a) isocóricas b) isotérmicas c) isobáricas d) isochárlicas e) Gay-Lussac (INATEL/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: C Em um recipiente de volume variável a uma temperatura T, encerram-se 200 moles de um gás. O diagrama abaixo representa uma transformação isobárica ocorrida com esse gás (considerado ideal), entre os estados A e B. p (105 N/m2) 4,16 A B 2 4 V (m3) Qual das alternativas abaixo representa a sua variação de temperatura absoluta nesta transformação? Dado: R = 8,32 J/mol.K. a) 275 b) 300 *c) 500 d) 4160 e) N.R.A. (SENAC/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: E Um recipiente metálico, fechado, dotado de um manômetro, contém certa massa de gás que pode ser considerado ideal. A temperatura ambiente é de 27 ºC e o manômetro indica 1,5 × 105 N/m2. O recipiente é, então, levado para o interior de um forno aquecido e, após um pequeno intervalo de tempo, a indicação do manômetro se estabiliza em 2,0 × 105 N/m2. Devido ao aquecimento, o recipiente sofreu uma dilatação de 5%. A temperatura do forno, em ºC, é: a) 477 b) 420 c) 327 d) 215 *e) 147 (FATEC/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: D Dentro de um balão volumétrico, tem-se um gás perfeito a uma temperatura de 0ºC ocupando um volume de 22,4 litros sob pressão de 1 atm. Esse gás sofre uma transformação gasosa obtendo temperatura final de 27ºC a uma pressão de 1 atm. Assinale a afirmação correta sobre a transformação gasosa sofrida e sobre seu volume final aproximado, em L. a) Isométrica e 25,4. b) Isométrica e 22,4. c) Isobárica e 22,4. *d) Isobárica e 24,6. e) Isotérmica e 24,6. (UFPE-2012.2) - ALTERNATIVA: E Um gás ideal é formado por 1 mol de moléculas de Nitrogênio (N2) e está contido em um recipiente fechado com volume igual a 0,1m3. A pressão do gás vale 2,49 × 104 Pascal. Considere que a constante universal dos gases seja R = 8,31 J/mol·K. A temperatura do gás será aproximadamente: a) 100 Kelvin b) 200 Kelvin c) 400 Kelvin d) 250 Kelvin *e) 300 Kelvin [email protected] 28 trabalho da força de pressão VESTIBULARES 2012.1 (CEFET/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: D O diagrama P × V abaixo representa um ciclo termodinâmico. TERMOFÍSICA (UECE-2012.1) - ALTERNATIVA: B Um mol de um gás ideal sofre uma expansão isobárica com um correspondente aumento de temperatura ∆T. Seja R a constante universal dos gases. Neste processo, o trabalho por mol realizado pelo gás é a) (R /∆T)2. *b) R ∆T. c) R /∆T. d) (R ∆T)2. (UFRGS/RS-2012.1) - ALTERNATIVA: A A figura abaixo apresenta um diagrama p×V que ilustra um ciclo termodinâmico de um gás ideal. Este ciclo, com a realização de trabalho de 750 J, ocorre em três processos sucessivos. No processo AB, o sistema sofre um aumento de pressão mantendo o volume constante; no processo BC, o sistema se expande mantendo a temperatura constante e diminuindo a pressão; e, finalmente, no processo CA, o sistema retorna ao estado incial sem variar a pressão. p (N/m2) P (N/m2 ) 20 15 10 5 0 2 4 V (m3 ) O trabalho realizado durante a compressão e a expansão desse sistema termodinâmico vale, respectivamente, em joules, a) −15 e −50. b) −20 e 15. c) −25 e −10. *d) −35 e 15. e) −50 e 25. (FEI/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: E A transformação AB realizada por um gás está representada no gráfico abaixo. P (atm) 5 B 640 B 80 A A 1 C 8 V (m3) 1 0 1 5 V (L) Nestas condições, qual é o trabalho realizado pelo gás? a) 10 atm.L b) −8 atm.L c) 8 atm.L d) 12 atm.L *e) −12 atm.L (UFU/MG-2012.1) - RESPOSTA: V; V; ANULADA; F O estado físico de um gás, assim como sua temperatura e pressão, pode sofrer variações, dependendo das condições a que ele for submetido. A figura abaixo representa uma destas transformações. Trata-se de um cilindro que comprime um gás, que sofre uma expansão isobárica, sob pressão atmosférica. O êmbolo sai da posição A e chega até B. O raio do cilindro é x, e a pressão atmosférica local é p. êmbolo O trabalho realizado no processo BC e a relação entre as temperaturas TA e TB são, respectivamente, *a) 1310 J e TA = TB /8. b) 1310 J e TA = 8TB . c) 560 J e TA = TB /8. d) 190 J e TA = TB /8. e) 190 J e TA = 8TB . VESTIBULARES 2012.2 (CEFET/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: B A condição necessária para que haja realização de trabalho de um gás ideal implica a variação de a) calor. *b) volume. c) pressão. d) temperatura. e) agitação térmica. B h A gás ideal Marque, para as afirmativas abaixo, (V) Verdadeira, (F) Falsa ou (SO) Sem Opção. 1 ( ) Quando o êmbolo sai de A e chega até B, pode-se afirmar que a temperatura do gás aumentou. 2 ( ) Durante a expansão, o trabalho do sistema foi realizado sobre a atmosfera. 3 ( ) O valor do trabalho realizado pelo êmbolo foi de (π.x2.h.p) Joules. 4 ( ) Não é possível uma transformação, como a mostrada na figura, sem que haja variação na pressão do gás. [email protected] 29 primeira lei da termodinâmica VESTIBULARES 2012.1 (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 21 (01+04+16) Certa quantidade de gás ideal é submetida a um processo adiabático. A partir dessa afirmação, assinale o que for correto. 01) A temperatura do gás aumenta, se o processo for uma compressão. 02) Para qualquer processo adiabático, o volume final é sempre menor do que o volume inicial. 04) A energia cinética do gás varia. 08) A velocidade média de cada partícula varia inversamente com a temperatura. 16) A densidade do gás diminui, se o processo for uma expansão. (UEL/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: A As moléculas que compõem o ar estão em constante movimento, independentemente do volume no qual estejam contidas. Ludwig Boltzmann (1844-1906) colaborou para demonstrar matematicamente que, em um determinado volume de ar, as moléculas possuem diferentes velocidades de deslocamento, havendo maior probabilidade de encontrá-las em velocidades intermediárias. Assinale a alternativa que contém o gráfico que melhor representa a distribuição de velocidades moleculares de um gás dentro de certo volume, sob uma temperatura T. *a) d) TERMOFÍSICA (UEL/PR-2012.1) - RESPOSTA: ∆U = 971,8 J 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 µc = 1,3 , como apresentado na figura a seguir. A 5,0 m B C 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. Dados: cAl = 0,22 cal/g.ºC ; g = 10,0 m/s2 e 1 cal = 4,19 J (UFLA/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: B A Teoria Cinética dos gases considera que a energia interna U de um gás ideal, confinado em um volume fixo V é essencialmente o somatório da energia cinética média das N partículas que o compõe. Em termos da temperatura absoluta T, a energia interna U de um gás ideal pode ser determinada pela expressão U = ½N kT , em que k é a constante de Boltzmann. Assim, se certa massa de um gás ideal encontra-se inicialmente a uma temperatura T, a velocidade média das partículas que o compõe é v. Ao aquecermos esse gás até a temperatura 4T, a velocidade média das partículas que o compõe será: a) 4 v *b) 2 v c) v /2 d) v /4 (UFLA/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: C A figura abaixo representa o gráfico p × V de um gás suposto ideal, apresentando dois processos distintos para levar o gás de um estado A para um estado C. No processo 1, o gás sofre primeiramente uma transformação isobárica, partindo do ponto A para o ponto B e, depois, uma transformação isovolumétrica, atingindo o ponto C. No segundo processo, o gás sofre uma transformação isotérmica partindo do ponto A e chegando ao ponto C. p A B processo 1 Número de moléculas Número de moléculas Velocidade Molecular Número de moléculas Velocidade Molecular Velocidade Molecular Número de moléculas b) e) Velocidade Molecular Número de moléculas Velocidade Molecular c) (UFPR-2012.1) - ALTERNATIVA: E Segundo a teoria cinética, um gás é constituído por moléculas que se movimentam desordenadamente no espaço do reservatório onde o gás está armazenado. As colisões das moléculas entre si e com as paredes do reservatório são perfeitamente elásticas. Entre duas colisões sucessivas, as moléculas descrevem um MRU. A energia cinética de translação das moléculas é diretamente proporcional à temperatura do gás. Com base nessas informações, considere as seguintes afirmativas: 1. As moléculas se deslocam todas em trajetórias paralelas entre si. 2. Ao colidir com as paredes do reservatório, a energia cinética das moléculas é conservada. 3. A velocidade de deslocamento das moléculas aumenta se a temperatura do gás for aumentada. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. *e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. [email protected] processo 2 C V Em relação aos dois processos, apresentam-se as proposições I, II e III. I – No processo 1, houve menor variação da energia interna do gás que no processo 2. II – No processo 1, o trabalho realizado pelo gás é maior que o trabalho realizado pelo gás no processo 2. III – Nos dois processos, não houve troca de calor com o ambiente. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente a proposição III é correta. b) Somente as proposições I e II são corretas. *c) Somente a proposição II é correta. d) Somente as proposições I e III são corretas. 30 (PUC/RS-2012.1) - ALTERNATIVA: D Os histogramas a seguir mostram o calor Q e o trabalho W trocados por um gás com o meio externo, bem como a variação da sua energia interna ∆U. O gás segue a equação geral dos gases (pV = nRT) nos processos termodinâmicos apresentados. + (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 03 (01+02) Sobre a teoria dos gases perfeitos, assinale o que for correto. 01) Se diminuirmos o volume ocupado por um gás, mantendo constante a temperatura, a pressão do gás aumentará. 02) À mesma temperatura, moléculas de diferentes gases perfeitos têm, em média, a mesma energia cinética. 04) A teoria cinética dos gases considera que a pressão do gás está diretamente relacionada com a energia cinética das suas moléculas. 08) Se a energia cinética média das moléculas de um gás aumentar e o seu volume permanecer constante, então a pressão e a temperatura diminuirão. (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A O físico austríaco Ludwig Boltzmann (1844-1906) deu importantes contribuições para o desenvolvimento da Teoria Cinética dos Gases, Eletromagnetismo e Termodinâmica. Seu trabalho, pioneiro no campo da Teoria Cinética, levou à construção de um ramo da Física: a Mecânica Estatística. Ao tratar um sistema constituído por um gás ideal, por exemplo, a Teoria Cinética considera que as moléculas, as quais constituem o gás, movem-se em todas as direções, aleatoriamente, colidindo com as paredes do recipiente e umas com as outras. Elas se movem com velocidades diferentes, umas muito velozes e outras mais lentas, havendo uma distribuição de velocidades. Como o número de moléculas é muito grande, trabalha-se com a velocidade média e a energia cinética média das moléculas. Talvez a maior contribuição dessa teoria seja a demonstração de que a energia cinética do movimento molecular e a energia interna do sistema gasoso sejam equivalentes. Portanto, a Teoria Cinética fornece-nos uma base física para o entendimento do conceito de temperatura. Um desenvolvimento matemático, a partir das considerações dessa teoria, utilizando as leis de Newton, fornece expressões que relacionam grandezas como pressão e temperatura com a energia cinética média das moléculas, estabelecendo uma conexão entre o mundo atômico e o mundo macroscópico. Por exemplo, conclui-se, a partir dessa teoria, que a energia cinética média das moléculas é diretamente proporcional à temperatura. Considere a seguinte situação: um garoto sopra a superfície de um prato de sopa, que está muito quente, com a intenção de resfriá-la. Tomando por base o texto acima, marque a alternativa que fornece uma explicação CORRETA para o possível funcionamento do método utilizado pelo garoto para resfriar a sopa. *a) A ação do garoto de soprar a superfície da sopa contribui para diminuir a velocidade das moléculas mais rápidas, diminuindo, desse modo, a energia cinética média das moléculas e, consequentemente, a temperatura. b) A ação do garoto de soprar a superfície da sopa contribui para diminuir a temperatura do recipiente que contém a sopa, levando a uma consequente diminuição da temperatura da sopa. c) A ação do garoto de soprar a superfície da sopa não influencia no processo natural de resfriamento da sopa, mas dá um conforto psicológico para ele, que tem pressa de tomar a sopa. d) A ação do garoto de soprar a superfície da sopa agiliza a saída, para o meio externo à sopa, das moléculas com energia cinética mais elevada, diminuindo, desse modo, a energia cinética média das moléculas e, consequentemente, a temperatura. (UFV/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: C O diagrama abaixo ilustra a pressão em função do volume para um gás ideal que sofre uma transformação, entre os estados inicial A e final B. Esta transformação pode ser realizada por dois processos termodinâmicos diferentes, I e II, indicados na figura abaixo. p A I II 0 Q W ∆U + 0 − Q W ∆U + 0 Q W ∆U + B 0 V Q W ∆U De acordo com os respectivos histogramas, em ordem de apresentação, de cima para baixo, os processos podem ser: a) adiabático – isotérmico – isovolumétrico – isobárico. b) adiabático – isovolumétrico – isotérmico – isobárico. c) isotérmico – isobárico – isovolumétrico – adiabático. *d) isotérmico – adiabático – isovolumétrico – isobárico. e) isobárico – isotérmico – adiabático – isovolumétrico. [email protected] Sendo ∆UI e ∆UII as variações de energia interna do gás nos processos I e II, respectivamente, e QI e QII os calores trocados entre o gás e o ambiente nestes respectivos processos, é CORRETO afirmar que: a) ∆UI > ∆UII e QI = QII. b) ∆UI = ∆UII e QI < QII. *c) ∆UI = ∆UII e QI > QII. d) ∆UI < ∆UII e QI = QII. 31 (UNIOESTE/PR-2012.1) - QUESTÃO ANULADA A figura abaixo apresenta o diagrama pV para o ciclo fechado de uma máquina térmica que usa um gás ideal monoatômico como substância de trabalho. Considerando p1, p2 e p3 respectivamente como as pressões nos pontos 1, 2 e 3, as informações da figura e que p2 = 5·p1, pode-se afirmar: I. O processo 1 → 2 é isocórico e o processo 3 → 1 isobárico. II. O trabalho realizado sobre o sistema (gás monoatômico) no processo 1 → 2 é maior que zero joule. III. O calor transferido ao sistema (gás monoatômico) no processo 3 → 1 é menor que zero joule. IV. A temperatura no ponto 3 é 5 vezes maior do que aquela no ponto 1. V. A variação da energia interna do sistema é nula no ciclo 1231. (CESGRANRIO/RJ-2012.1) - ALTERNATIVA: 22 E; 23 A; 24 B; 25 D Considere as informações e o gráfico a seguir para responder às questões de nos 22 a 25. Uma máquina térmica é um dispositivo que transforma em trabalho a energia térmica contida em uma fonte de calor. Esse trabalho pode ser utilizado em diversas aplicações. As máquinas térmicas utilizam uma substância de trabalho para realizar os processos termodinâmicos cíclicos correspondentes. Considere uma máquina térmica que utiliza como substância de trabalho um gás ideal e cujo ciclo realizado está ilustrado abaixo. p A E B 2 pressão (Pa) Isoterma D C 1 Volume (m3 ) 3 V Os processos desse ciclo são: • AB expansão isotérmica; • BC expansão adiabática; • CD compressão isotérmica; • DA compressão adiabática. O trabalho produzido por essa máquina, em 1 ciclo, é 100 J, e a sua velocidade de operação é de 10 ciclos por segundo. QUESTÃO 22 Qual a potência produzida em watts? a) 0,16 b) 6 c) 100 d) 600 *e) 1 000 QUESTÃO 23 Durante o processo AB, o volume do gás dobra. A temperatura a que corresponde esse processo é TAB = 600 K, e o ponto E, na isoterma TAB, é tal que VE = 1,2 VA. A quantidade de calor absorvida em AE é *a) diferente da absorvida em EB, e a pressão em E é maior que em B. b) diferente da absorvida em EB, e a pressão em E é igual à de B. c) diferente da absorvida em EB, e a pressão em E é menor que em B. d) igual à absorvida em EB, e a pressão em E é menor que em B. e) igual à absorvida em EB, e a pressão em E é maior que em B. QUESTÃO 24 O trabalho produzido pela máquina durante 20 ciclos é utilizado para acelerar uniformemente um corpo de massa M = 10 kg, a partir do repouso. A velocidade final do corpo, em m/s, é a) 10 *b) 20 c) 30 d) 40 e) 50 QUESTÃO 25 Sabendo-se que o calor absorvido pelo gás ideal corresponde a 160 J por ciclo, qual é, em volts, a tensão elétrica necessária para que um circuito com 4 resistores idênticos, de resistências R = 16 Ω, em paralelo, dissipe a mesma quantidade de calor que o gás captura em 1 segundo? a) 1 600 b) 800 c) 160 *d) 80 e) 4 Considere as afirmações acima e assinale a alternativa correta. a) A afirmativa V é falsa. b) As alternativas I e II são verdadeiras. c) As alternativas I, II e IV são falsas. d) Todas as alternativas são falsas. e) As alternativas I, III e IV são verdadeiras. Obs.: A questão foi anulada em face da construção de redação dada ao enunciado e no tratamento da linguagem usada para a sua elaboração (justificativa da banca examinadora). O problema está no item III. Considerando que quando um corpo perde calor este é negativo, pode-se considerar o item III correto, então a resposta correta é a alternativa E. (UFV/MG-2012.1) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO Um gás ideal encontra-se no interior de um recipiente rígido, fechado e de paredes adiabáticas. O recipiente foi dividido em duas câmaras iguais, estando o gás localizado na câmara da esquerda, como ilustrado na figura abaixo. Na câmara da direita, foi feito vácuo. A parede que separa as câmaras é também adiabática e inicialmente fixa. Subitamente, esta parede torna-se móvel, permitindo ao gás expandir-se livremente até ocupar todo o volume do recipiente. vácuo Desprezando os atritos durante essa expansão, determine o que se pede abaixo, justificando sucintamente as suas respostas: a) O calor trocado entre o gás e o ambiente externo. b) O trabalho realizado pelo gás. c) A variação na energia interna do gás. d) A variação na temperatura do gás. RESPOSTA UFV/MG-2012.1: a) Q = 0 b) W = 0 c) ∆U = 0 d) ∆T = 0 (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: A Um gás ideal monoatômico, a um dado volume V, possui temperatura T. A energia cinética média de uma partícula contida no gás é E0. Considere que não existe troca de energia com o meio externo. Sendo o número de partículas igual a N, a pressão será dada por *a) P = 2NE0 3V . c) P= 2NE0 V . b) P= NE0 3V . d) P= NE0 V . [email protected] 32 (UNIOESTE/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: C Um processo adiabático é aquele no qual nenhuma energia térmica é transferida entre o sistema e sua vizinhança. Em relação ao processo de expansão adiabática num sistema composto por um gás ideal contido em um cilindro de paredes isolantes com um pistão livre para se mover, pode-se afirmar que I. Como nenhuma energia térmica foi transferida ao sistema, a temperatura do sistema permanece constante. II. Ainda que nenhuma energia térmica tenha sido transferida ao sistema, a temperatura do sistema diminui. III. A primeira lei da termodinâmica diz que num processo de expansão adiabática o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança. IV. Nenhuma energia mecânica é transferida entre a vizinhança do sistema e o sistema. Considere as afirmações acima e assinale a alternativa correta. a) As afirmações I e II são verdadeiras. b) Somente a afirmação III é verdadeira. *c) As afirmações II e III são verdadeiras. d) As afirmações II, III e IV são falsas. e) Somente a afirmação IV é falsa. (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) Considerando o diagrama P × V, no qual estão representadas quatro transformações sucessivas (ab, bc, cd, da), sofridas por um sistema constituído por uma determinada massa de gás, analise o diagrama abaixo e assinale o que for correto. P (atm) (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 03 (01+02) Considerando dois recipientes idênticos e hermeticamente fechados A e B, contendo as mesmas quantidades molares dos gases rarefeitos CO2 e H2, respectivamente, que possuem a mesma energia cinética média por molécula, assinale o que for correto. 01) A soma da energia cinética média de todas as partículas constitui a energia interna dos gases contidos nos recipientes A e B. 02) Quanto maior a energia cinética média das partículas, maior será a temperatura do gás. 04) Se os gases contidos em A e B estiverem sob o mesmo nível de agitação térmica, a energia interna do gás em A será maior devido à sua massa molar maior. 08) Como o CO2 possui uma massa molar maior que o H2, a pressão que ele exerce sobre as paredes do recipiente A é maior que a pressão que o H2 exerce sobre as paredes do recipiente B. 16) A pressão manométrica exercida pelos gases contidos em A e B sobre as paredes dos respectivos recipientes independe da velocidade média ou da taxa de colisão das moléculas do gás com as paredes do recipiente. (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 23 (01+02+04+16) Um recipiente de volume igual a 1,2 m3 contém uma amostra de gás ideal à temperatura de 27ºC e à pressão de 4,98.104 N/m2. Considerando R = 8,3 J.mol−1.K−1 e k = 1,4.10−23 J.K−1 e o número de Avogrado igual a 6.1023, assinale o que for correto. 01) A quantidade de mols dessa amostra gasosa é de 24 mols. 02) O número total de moléculas dessa amostra gasosa é de 1,44.1025 moléculas. 04) A energia cinética média de cada uma das moléculas da amostra gasosa é de 6,3.10−21 J. 08) Se a temperatura da amostra gasosa for aumentada de 27ºC para 54ºC, a pressão terá seu valor aumentado em 100%, mantendo-se inalterados o volume e o número de mols. 16) Se o número de mols for duplicado, a pressão terá seu valor duplicado, se se mantiverem inalterados o volume e a temperatura. (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 08 (08) 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. (UFJF/MG-2012.1) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO Sabe-se que o gás hélio é um gás ideal cuja massa molar vale M = 4 g . Seja uma massa de 20 g de gás hélio, que se expande à pressão constante, devido a um aumento na temperatura T. O gráfico na Figura abaixo mostra o comportamento do volume V em função da temperatura T para esse processo particular. V (m3) 0,9 B P1 a b T1 = 420 K P2 T2 = 320 K P3 0 0 V1 V2 V3 c d V (m3) 01) Na transformação “ab”, o sistema recebeu calor do meio exterior. 02) Na transformação “da”, o sistema recebeu calor do meio exterior. 04) Na transformação “cd” a energia interna do sistema foi reduzida e foi nulo o trabalho realizado. 08) Na transformação “bc”, a energia interna do sistema permaneceu constante. 16) Considerando o ciclo total, isto é, as quatro transformações, a energia interna do sistema diminuiu. (UESPI-2012.1) - ALTERNATIVA: A Um mol de um gás ideal realiza o ciclo termodinâmico mostrado no gráfico pressão versus volume a seguir. O ciclo é percorrido no sentido ABCA, onde A, B e C são os vértices de um triângulo retângulo. Sabe-se que RTA = 2 J/mol, onde R é a constante universal dos gases e TA denota a temperatura absoluta do gás no ponto A. Denota-se por Q o calor trocado pelo gás no ciclo, de modo que Q > 0 e Q < 0 indicam, respectivamente, absorção e cessão de calor pelo gás. O valor de Q no ciclo abaixo é: p (Pa) 5 C 0,3 A Dados: R = 8,2 J/mol K 1 cal = 4,2 J 200 600 T (K) A 2 *a) −8 J b) −2,5 J c) 0 [email protected] d) 2,5 J e) 8 J B 6 V (m3) Sabendo que o calor específico do hélio sob pressão constante é cp = 1,25 cal / g ´K , determine: a) a pressão sob a qual se realiza o processo. b) a quantidade de calor (em cal) que o gás recebe durante o processo de expansão. c) o trabalho realizado pelo gás no processo de expansão. d) a variação da energia interna sofrida pelo gás. RESPOSTA UFJF/MG-2012.1: a) p ≅ 27333 Pa b) Q = 10000 cal c) W = 16400 J d) ∆U = 25600 J 33 (UEM/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 25 (01+08+16) 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. (IF/GO-2012.1) - ALTERNATIVA: A As máquinas térmicas são dispositivos que operam sempre em ciclos, isto é, retornam periodicamente às condições iniciais. Uma maneira de estudá-las é por meio de transformações que ocorrem dentro destes ciclos, representados por um gráfico do comportamento da pressão de um gás de trabalho em função do volume por ele ocupado. O gráfico a seguir representa um ciclo de uma máquina térmica realizado por um sistema gasoso: P (N/m2) A B (UEMG-2012.1) - ALTERNATIVA: D A temperatura de um sistema pode ser alterada, quando ele troca trabalho ou calor com sua vizinhança. Seja um sistema constituído por um gás no interior de um cilindro, dotado de êmbolo móvel. Assinale, abaixo, a alternativa com a descrição CORRETA da situação em que a temperatura do sistema irá diminuir: a) O sistema recebe uma quantidade de calor maior que o trabalho que ele realiza numa expansão. b) O êmbolo é comprimido bruscamente. c) O gás sofre uma expansão, realizando trabalho, enquanto recebe uma quantidade de calor de mesmo valor que o trabalho realizado. *d) O trabalho realizado pelo sistema é maior que a quantidade de calor que ele recebe da vizinhança. D C V (m3) Analise as afirmativas. I. De A para B ocorre uma expansão isobárica. II. De B para C o trabalho é motor, ou seja, realizado pelo sistema. III. A variação de energia interna no ciclo ABCDA é positiva. IV. No ciclo fechado, ABCDA, não há variação de energia interna e o trabalho total é nulo. Está(ão) correta(s). *a) Apenas a afirmativa I. b) Apenas as afirmativas I e II. c) Apenas as afirmativas I e IV. d) Apenas as afirmativas I, II e III. e) Apenas as afirmativas I, II e IV. (IF/SC-2012.1) - ALTERNATIVA: D Você já se perguntou como funciona a geladeira? De que maneira ela consegue diminuir a temperatura dos alimentos? Pelo menos sabe, do ponto de vista físico, explicar o que acontece? A geladeira é uma máquina térmica fria, que transforma trabalho em calor. Como máquina térmica, ela respeita um ciclo de transformações (duas isobáricas e duas adiabáticas), como mostra a figura abaixo. p (Pa) II III I IV V (L) Identifique em qual transformação a temperatura do gás atinge o seu menor valor. Assinale a alternativa CORRETA. a) Transformação IV – expansão isobárica. b) Transformação I – compressão adiabática. c) Transformação II – compressão isobárica. *d) Transformação III – expansão adiabática. e) Transformação III – compressão adiabática. [email protected] 34 VESTIBULARES 2012.2 (UFU/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: A No gráfico abaixo, está representado o ciclo realizado por um gás ideal. P (N/m2) P2 P1 B C (VUNESP/UNICID-2012.2) - ALTERNATIVA: 45 E e 46 A Instrução: Leia o texto e responda às questões de números 45 e 46. Em um laboratório de química foram colocados em um forno, mantido à temperatura constante, três corpos de massas diferentes: um bloco de madeira (M), o de maior massa, um bloco de vidro (V) e um bloco de zinco (Z), o de menor massa. QUESTÃO 45 Ao atingirem o equilíbrio térmico, a relação entre as temperaturas dos blocos de madeira (TM), de vidro (TV) e de zinco (TZ) foi expressa por a) TM < TV < TZ . b) TM > TV > TZ . c) TM = TV < TZ . d) TM = TV > TZ . *e) TM = TV = TZ . QUESTÃO 46 Ao analisarmos as condições do equilíbrio térmico do experimento, é correto afirmar que *a) os três blocos apresentavam energias internas diferentes. b) os três blocos emitiram a mesma potência de radiação por unidade de área. c) o bloco de madeira era o que continha menor energia interna. d) o bloco de vidro, por ser um isolante térmico, não emitia radiação térmica e) o bloco de zinco, por ser metálico, não sofreu variação de energia interna. (UNIMONTES/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: A Em um recipiente de volume V, um gás ideal monoatômico, com N partículas, está à pressão P e à temperatura T. Outras N partículas, do mesmo gás, são adicionadas ao sistema, mantendo-se o volume constante. Agora, a pressão do gás é 2P. A energia cinética média do gás é dada por *a) E = 3NkT. b) E = 3NkT/2 . c) E = NkT/2 . d) E = NkT. (VUNESP/UFTM-2012.2) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO No reservatório de gás hidrogênio de uma indústria, os valores de pressão, volume e temperatura são constantemente monitorados, devido ao risco de explosão. Em um dado reservatório, uma massa constante de gás hidrogênio, sob pressão de 1 × 105 Pa e temperatura de −23 ºC, assume um volume de 10 m3. a) Em uma operação de manutenção, essa massa de gás hidrogênio é levada a ocupar um volume de 2 m3 em um processo isotérmico. Determine a nova pressão do gás nessa condição. b) Determine a variação da energia interna dessa massa de gás hidrogênio contido no reservatório quando sua temperatura é abaixada em 100 ºC, sabendo que a massa atômica do hidrogênio é 1 e que o gás hidrogênio é diatômico. Para seus cálculos, utilize para a constante dos gases perfeitos, R, o valor aproximado em 8 J/(mol·K). RESPOSTA VUNESP/UFTM-2012.2: a) p = 5 × 104 Pa b) ∆U = −6 × 105 J (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 23 (01+02+04+16) Um balão metereológico que contém gás hélio, que se comporta como um gás ideal, é lançado na atmosfera terrestre a partir do nível do mar. A 10 km de altitude, o volume do gás contido no balão alcança 400 m3, enquanto sua pressão e sua temperatura são as mesmas do ambiente externo, ou seja, 4,15 × 103 N/m2 e −23 ºC. Com base nessas informações e nos dados abaixo, assinale o que for correto. Dados: R = 8,31 J/mol.K e Mhélio = 4,0 × 10−3 kg/mol. 01) O comportamento físico desse gás pode ser analisado empregando-se a equação de Clapeyron e as leis de Boyle-Mariotte e de Charles e Gay-Lussac. 02) O número de mols de átomos de gás contido no balão é de aproximadamente 800. 04) A velocidade média dos átomos do gás no interior do balão, a 10 km de altitude, é de aproximadamente 1.250 m/s. 08) A energia interna do gás independe da temperatura em que ele se encontra. 16) A massa de gás hélio contida no balão é de aproximadamente 3,2 kg. 35 A V1 D V2 V (m3) Considere as afirmações, a seguir, feitas a partir da análise do gráfico. I. A transformação que ocorre de A até B é isocórica, com diminuição da energia interna, pois a elevação da temperatura é proporcional ao aumento da pressão. II. De D até A, ocorre uma transformação isobárica, com diminuição da energia interna. III. O trabalho é nulo nas transformações AB e CD. Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s) correta(s). *a) II e III apenas. b) III apenas. c) I e III apenas. d) I e II apenas. (UFU/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: C Quando estamos em um avião que se encontra em grande altitude, a temperatura do ar externo é bastante baixa (geralmente, abaixo de zero Celsius), mas nos sentimos confortáveis no interior da aeronave. Entretanto, esse conforto não decorre do uso de aquecedores no interior da aeronave, mas por causa do processo de compressão do ar exterior para dentro da cabine, onde a pressão é praticamente igual à do nível do mar, necessitando, por vezes, de condicionadores de ar para retirar o calor do ar pressurizado, resultando em uma temperatura agradável. A partir da análise física desta situação, esse processo ocorre sob condição a) isocórica; de modo que a variação da energia interna do ar será igual ao calor fornecido, fazendo com que a temperatura se eleve. b) adiabática; de modo que o trabalho realizado pelo ar faz com que sua temperatura aumente, acarretando diminuição da energia interna. *c) adiabática; de modo que a variação da energia interna do ar será igual ao trabalho realizado sobre ele, fazendo com que a temperatura se eleve. d) isobárica; de modo que a variação da energia interna do ar será igual ao calor recebido, fazendo com que a temperatura se eleve. Obs.: Essa questão pertence a uma prova que foi anulada por quebra de sigilo. (SENAI/SP-2012.2) - ALTERNATIVA: A Em um êmbolo, um gás é comprimido por uma força que realiza um trabalho de 1 500 J enquanto, ao mesmo tempo, é aquecido com um bico de gás que fornece calor equivalente a 700 J. Início O comportamento da energia interna do gás *a) aumentou 2 200 J. b) aumentou 3 000 J. c) diminuiu 3 500 J. d) diminuiu 1 500 J. e) não variou. [email protected] Final (UCS/RS-2012.2) - ALTERNATIVA: D A teoria da formação das nuvens diz que parte do vapor de água formado, quando a energia solar incide sobre lagos, mares e demais aquíferos, sobe até atingir pontos altos na atmosfera, onde sofre um resfriamento adiabático. Pensando no que o termo adiabático significa em processos envolvendo gases nobres, pode-se concluir que o vapor de água sofreu redução da temperatura devido a) ao recebimento de calor da vizinhança. b) ao aumento da pressão atmosférica. c) à doação de calor para a vizinhança. *d) à redução da pressão atmosférica. e) à redução da eletricidade atmosférica. (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 14 (02+04+08) Um recipiente adiabático, com êmbulo móvel, contém 2,5 mols de gás hélio. Uma quantidade de calor é fornecida ao gás de tal forma que sua temperatura varia de 200 K a 600 K, mantendo-se a pressão constante. Considerando que o calor específico à pressão constante do gás hélio é 20,8 J.mol−1.K−1, que R = 0,082 atm.L.mol−1.K−1 e que 1 atm = 1,013 × 105 N/m2, assinale o que forcorreto. 01) A quantidade de calor fornecida à amostra de gás hélio é de aproximadamente 10 kJ. 02) O trabalho realizado foi de aproximadamente 8,3 kJ. 04) A variação da energia interna da amostra de gás hélio é de aproximadamente 12,5 kJ. 08) Se o êmbulo não se mover, a variação de pressão do gás é dada por: nR∆T / V , em que n é o número de mols, R é a constante universal dos gases, ∆T é variação de temperatura e V é o volume do recipiente. 16) Se o êmbulo não se mover, a variação de energia interna da amostra de gás é nula. (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 19 (01+02+16) Sobre os conceitos de termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Quanto maior a temperatura de um gás ideal, maior é a energia cinética dos átomos desse gás. 02) Não ocorre transporte de matéria quando o calor é transferido pelo processo de condução. 04) A evaporação da água, estando esta em sua fase líquida e submetida à pressão de uma atmosfera, só ocorre se sua temperatura for de 100 ºC. 08) Com o aumento da pressão exercida sobre um bloco de gelo, sua temperatura de fusão aumenta. 16) Quanto maior for a pressão exercida sobre um líquido, maior será a temperatura de ebulição desse líquido. [email protected] 36 segunda lei da termodinâmica VESTIBULARES 2012.1 (UFG/GO-2012.1) - ALTERNATIVA: D A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera uma faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa. Considere que a faísca seja suficientemente rápida, de modo que o movimento do pistão possa ser desprezado. p C TERMOFÍSICA D B O A (IME/RJ-2012.1) - RESPOSTA: Não. W2 ≅ 25,5%W1 Em visita a uma instalação fabril, um engenheiro observa o funcionamento de uma máquina térmica que produz trabalho e opera em um ciclo termodinâmico, extraindo energia de um reservatório térmico a 1000 K e rejeitando calor para um segundo reservatório a 600 K. Os dados de operação da máquina indicam que seu índice de desempenho é 80%. Ele afirma que é possível racionalizar a operação acoplando uma segunda máquina térmica ao reservatório de menor temperatura e fazendo com que esta rejeite calor para o ambiente, que se encontra a 300 K. Ao ser informado de que apenas 60% do calor rejeitado pela primeira máquina pode ser efetivamente aproveitado, o engenheiro argumenta que, sob estas condições, a segunda máquina pode disponibilizar uma quantidade de trabalho igual a 30% da primeira máquina. Admite-se que o índice de desempenho de segunda máquina, que também opera em um ciclo termodinâmico, é metade do da primeira máquina. Por meio de uma análise termodinâmica do problema, verifique se o valor de 30% está correto. Observação: o índice de desempenho de uma máquina térmica é a razão entre o seu rendimento real e o rendimento máximo teoricamente admissível. (UFPB-2012.1) - ALTERNATIVA: A A região do brejo paraibano é destaque no cenário nacional na produção aviária. Após o abate, os frangos destinados aos mercados consumidores são transferidos para frigoríficos onde são armazenados à baixa temperatura e, posteriormente, transportados. Um frigorífico hipotético, usado nesse tipo de indústria, consome, em uma hora, 500 kJ de energia elétrica e rejeita 750 kJ para o ambiente externo. Para manter o frango à temperatura desejada, é necessário retirar 10 kJ de calor de cada frango, por hora. Considerando que toda a energia consumida é transformada em trabalho, conclui-se que o número de frangos que pode ser armazenado no referido frigorífico é: *a) 25 b) 50 c) 75 d) 100 e) 125 (PUC-CAMPINAS/SP-2012.1) - ALTERNATIVA: E A Revolução Industrial nos trouxe o desenvolvimento das máquinas térmicas, como, por exemplo, uma locomotiva a vapor. Determinada máquina térmica que funciona em ciclos, com frequência de 20 ciclos/s, recebe 800 J de calor de uma fonte quente enquanto rejeita 600 J de calor para uma fonte fria em cada ciclo. Está correto afirmar que a) o período de funcionamento da máquina é de 0,5 s. b) o trabalho realizado pela máquina vale 200 J, independentemente do tempo de funcionamento da máquina. c) a principal característica de uma máquina térmica é seu alto rendimento. d) o rendimento dessa máquina é 75%. *e) a potência útil da máquina é de 4,0 kW. (UFV/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: D Um refrigerador é uma máquina que, operando em um processo cíclico, retira calor QB > 0 de um reservatório de calor em uma temperatura TB e fornece calor QA > 0 a um reservatório de calor em uma temperatura TA > TB. Com relação aos valores de QA e QB para os refrigeradores reais, é CORRETO afirmar que: a) QA pode ser igual a QB se a máquina operar com um gás ideal. b) QA é sempre menor que QB. c) QA pode ser igual a QB se a máquina operar em ciclos de Carnot. *d) QA é sempre maior que QB. (UNICENTRO/PR-2012.1) - ALTERNATIVA: B Considere uma máquina térmica teórica que opera entre duas fontes de calor, executando o ciclo de Carnot. A fonte quente está à temperatura de 500,0 K e a fonte fria, a 300,0 K. Sabendo-se que a máquina recebe da fonte quente, a cada ciclo, 1,5 × 103 J, a quantidade de energia que será rejeitada para a fonte fria, a cada ciclo, é igual, em joule, a a) 1000 *b) 900 c) 800 d) 700 V1 V2 V A faísca e a liberação dos gases pelo escapamento ocorrem, respectivamente, nos pontos a) A e C. b) B e A. c) D e A. *d) D e B. e) O e C. (ENEM-2011) - ALTERNATIVA: C 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 se 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. *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. (VUNESP/UNICID-2012.1) - ALTERNATIVA: B O gráfico representa o ciclo do motor a combustão interna de uma ceifadeira de grama. pressão C D B A volume É correto afirmar que a) o trecho DA representa a única fase em que ocorre a expansão isobárica do vapor combustível. *b) o trecho AB representa uma fase em que ocorre uma compressão isobárica do vapor combustível. c) o rendimento do motor independe da área limitada pela figura ABCDA. d) a área delimitada pela figura ABCDA significa fisicamente a potência média de funcionamento do motor. e) a área delimitada pela figura ABCDA significa fisicamente a quantidade de calor gerado pela explosão do vapor combustível no ciclo. [email protected] 37 (UEPG/PR-2012.1) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) O estudo do calor e de suas transformações em diferentes formas de energia é chamado termodinâmica. O fundamento da termodinâmica é a conservação da energia e o fato de que o calor flui espontaneamente do quente para o frio e não no sentido inverso. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto. 01) A primeira lei da termodinâmica afirma que “a energia não pode ser criada nem destruída, mas apenas transformada de uma espécie em outra”. 02) O rendimento de uma máquina térmica que funcione segundo um ciclo de Carnot é máximo, independente da diferença de temperatura entre as fontes quente e fria e do agente térmico usado. 04) A segunda lei da termodinâmica afirma que “é impossível construir uma máquina térmica, operando em ciclos, que consiga retirar calor de uma fonte única e convertê-lo integralmente em trabalho”. 08) Quando um sistema realiza um processo cíclico, trocando com o ambiente apenas calor e trabalho, há equivalência entre o trabalho e o calor trocado. (UNIMONTES/MG-2012.1) - ALTERNATIVA: D A figura a seguir é um diagrama PV de um modelo idealizado dos processos termodinâmicos que ocorrem em um motor a gasolina. Esse modelo é chamado de Ciclo Otto. A mistura ar e gasolina passa pelas transformações indicadas no gráfico em que as curvas a-b e c-d são transformações adiabáticas. VESTIBULARES 2012.2 (UNIFENAS/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: E Princípio segundo “A termodinâmica permite determinar a direção na qual vários processos físicos e químicos irão ocorrer espontaneamente, e as condições para que possam ser revertidos. Permite também determinar quais processos podem ocorrer, e quais não podem. Em sistemas adiabáticos determinados processos ocorrem em sentido único, sendo impossível, sem violar-se a restrição adiabática imposta pela barreira, regressar-se ao estado original. A 2ª Lei da termodinâmica estabelece portanto uma seta para o tempo: estabelece em essência a possibilidade de se definir com precisão uma ordem cronológica para uma série de eventos relacionados.” Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre. Assim, o segundo princípio da termodinâmica, está diretamente relacionado com: a) sempre que há mudança entre estados de equilíbrio, há um processo; b) energia não pode ser criada nem destruída, mas somente transformada de uma espécie em outra; c) como o aumento na energia térmica é inteiramente oriundo da diminuição da energia potencial (energia química) do sistema, a energia interna permanece a mesma, e não há variação na energia interna do sistema, mesmo observando-se um enorme aumento em sua temperatura; d) o trabalho pode ser determinado através de um diagrama de pressão × volume para a transformação sofrida. Este corresponde à área sob a região determinada pelos estados inicial, final, e pela curva associada; *e) em processos adiabáticos, a entropia do sistema permanece constante ou aumenta, contudo nunca diminui. (UNEMAT-PM/MT-2012.2) - ALTERNATIVA: A O rendimento de uma máquina térmica é medido pela razão entre o trabalho realizado e o calor fornecido pelo sistema. Uma caldeira a vapor tem rendimento de 0,1 (10%), um motor a gasolina de 0,3 e um motor diesel têm rendimento de 0,4. Portanto, é correto afirmar que: *a) 40% do calor fornecido pela combustão em um motor diesel é transformado em trabalho. b) 30% do trabalho realizado por um motor a gasolina é transformado em calor. c) 30% da gasolina fornecida ao motor é desperdiçada. d) 40% dos motores diesel têm maior rendimento do que 30% dos motores a gasolina. e) Todas as alternativas estão erradas, pois, veículos a gasolina (como carros) ultrapassam com facilidade veículos a diesel (como caminhões). (UDESC-2012.2) - ALTERNATIVA: D Uma máquina térmica opera em um ciclo termodinâmico com eficiência de 80% do máximo permitido pelas leis da termodinâmica. Considere que a máquina opera entre dois reservatórios a temperaturas de 327 ºC e 27 ºC. Assinale a alternativa que representa a porcentagem da energia, fornecida para a máquina, que é transformada em trabalho mecânico. a) 56% b) 76% c) 80% *d) 40% e) 95% (UNIMONTES/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: D O trabalho realizado por uma máquina térmica de Carnot, que opera durante um intervalo de tempo ∆t, é suficiente para elevar um objeto de massa m = 12 kg a uma altura H = 2 m, num local onde g = 10 m/s2. Essa máquina possui um reservatório quente contendo um metal fundido, a 409,5 ºC, e um reservatório frio formado por um grande tanque contendo uma mistura de gelo e água, a 0 ºC. O calor retirado da fonte quente, durante esse intervalo de tempo, em Joules, é igual a a) 500. b) 300. c) 250. *d) 400. P c b d a V As temperaturas dos pontos a, b, c e d são 290 K, 350 K, 700 K e 500 K, respectivamente. A partir dessas informações, a eficiência desse ciclo é a) 35%. b) 30% c) 45%. *d) 40%. (IF/GO-2012.1) - ALTERNATIVA: A Uma máquina de Carnot opera entre uma fonte quente a 1 770 ºC e uma fonte fria a 23 ºC . Marque a alternativa que fornece o rendimento dessa máquina térmica. *a) 85,5% b) 14,5% c) 30,4% d) 42,2% e) 4,5% (UECE/URCA-2012.1) - ALTERNATIVA: A Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte quente igual a 330°C e fonte fria a 10°C. O rendimento dessa máquina é melhor representado por: *a) 53% b) 5,3% c) 0,53% d) 46% e) 0,46% [email protected] 38 (UEG/GO-2012.2) - RESPOSTA OFICIAL NO FINAL DA QUESTÃO Considere a figura abaixo para responder ao que se pede. p A B D C 0 T1 T2 V (CEFET/MG-2012.2) - ALTERNATIVA: D Uma máquina térmica possui um ciclo termodinâmico fechado e composto por duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas. O calor rejeitado para a fonte fria é de 150 J, o trabalho durante a expansão volumétrica é de 300 J e na contração é de 250 J. Nessas condições, o calor cedido pela fonte quente e o rendimento térmico dessa máquina valem, respectivamente, a) 100 J e 25%. b) 100 J e 50%. c) 150 J e 25%. *d) 200 J e 25%. e) 200 J e 50%. (IF/SC-2012.2) - ALTERNATIVA: C Máquina térmica é todo dispositivo que estabelece uma relação entre trabalho e calor, transformando calor em trabalho ou vice-versa. É correto afirmar que são exemplos de máquinas térmicas de uso doméstico: a) o fogão e o condicionador de ar. b) o chuveiro e a panela de pressão. *c) a geladeira e a panela de pressão. d) o chuveiro e o aquecedor a óleo. e) o chuveiro e a geladeira. (UEM/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 07 (01+02+04) Sobre o ciclo de Carnot, assinale o que for correto. 01) No ciclo de Carnot, ocorrem duas transformações adiabáticas e também duas transformações isotérmicas. 02) As transformações no ciclo de Carnot são reversíveis. 04) Durante a expansão isotérmica, uma certa quantidade de calor é retirada da fonte quente. 08) O gás utilizado no ciclo de Carnot atinge seu maior volume ao final da expansão isotérmica. 16) Quando a fonte fria estiver a 0 ºC, o rendimento da máquina de Carnot será máximo. (UEPG/PR-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) Considere uma massa de gás confinada por um êmbolo no interior de um recipiente. De acordo com a 1a Lei da Termodinâmica, assinale o que for correto. a) Explique o ciclo de Carnot. b) Escreva uma expressão para o rendimento máximo de uma máquina de Carnot. RESPOSTA OFICIAL UEG/GO-2012.2: a) 1. No trecho AB, ocorre uma expansão isotérmica e realiza trabalho utilizando calor QA retirado da fonte quente. 2. No trecho BC, ocorre uma expansão adiabática, o sistema não troca calor e realiza trabalho diminuindo a energia interna, diminuindo a sua temperatura. 3. No trecho CD, ocorre uma compressão isotérmica e rejeita uma quantidade de calor QB para a fonte fria, utilizando trabalho recebido. 4. No trecho DA, ocorre uma compressão adiabática, o sistema não troca calor. Recebe trabalho e sua energia interna aumenta e, consequentemente, a sua temperatura. b) Rendimento de uma máquina térmica de Carnot: η = 1 − T2 / T1 (PUC/RS-2012.2) - ALTERNATIVA: B Um fabricante alega ter construído uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas cujas temperaturas são 200 K e 100 K, em cada ciclo retira 100 J da fonte quente, cede 25 J para a fonte fria e realiza 75 J de trabalho. Nesse contexto, é correto concluir que a alegação do fabricante é a) inviável, visto que essa máquina térmica contraria tanto a 1ª quanto a 2ª lei da termodinâmica. *b) inviável, visto que o rendimento termodinâmico dessa máquina seria superior ao de uma máquina operando pelo ciclo de Carnot entre as mesmas temperaturas. c) viável, visto que essa máquina térmica atenderia o princípio da conservação da energia. d) viável, visto que seu rendimento é menor que a unidade. e) viável, visto que a temperatura da fonte quente é maior que a da fonte fria. (IF/SC-2012.2) - RESPOSTA: SOMA = 35 (01+02+32) A diferença mais significativa entre p o motor de um carro popular e o de 4 um superesportivo é a potência, pois o princípio de funcionamento é o mesmo: um ciclo de transformações termodinâmicas. O gráfico ao lado 3 representa o ciclo de um motor de 5 quatro tempos, o ciclo Otto. Este ciclo é composto de um conjunto de trans2 1 formações: duas isobáricas, duas isocóricas e duas adiabáticas. V Com base no exposto, assinale no cartão-resposta o número correspondente à proposição correta ou à soma das proposições corretas. 01. O motor de um carro é considerado uma máquina térmica, pois transforma calor em trabalho mecânico. 02. O trabalho associado ao ciclo Otto corresponde à área fechada entre as transformações 2 – 3 – 4 – 5 – 2. 04. Pela segunda lei da termodinâmica, é possível construir um motor com rendimento de 100%. 08. O ciclo Otto é um exemplo de máquina ideal, equivalente ao ciclo de Carnot. 16. A transformação de 2 para 3 é uma compressão adiabática, uma transformação muito lenta, na qual o calor recebido da vizinhança resulta no aumento da energia interna do sistema. 32. Na transformação de 4 para 5, o sistema realiza trabalho sobre a vizinhança. [email protected] GÁS 01) Se o sistema receber certa quantidade de energia Q e a pressão interna do gás se mantiver constante, o gás realizará trabalho positivo. 02) Numa transformação cíclica, o trabalho realizado pelo gás é sempre igual ao calor por ele trocado com o exterior. 04) Se o calor trocado pelo gás em um ciclo é igual ao trabalho realizado, a variação da energia interna do sistema é nula. 08) As transformações que compõem um ciclo de Carnot são todas reversíveis. 16) O rendimento de um ciclo de Carnot pode ser igual a 1 (um). 39