Física - termofísica questões de vestibular 2010

físicatermofísica QUESTÕES DE VESTIBULARES 2010.1 (1o semestre) 2010.2 (2o semestre) sumário termômetros e escalas termométricas VESTIBULARES 2010.1 .................................................................................................................................................................. 2 VESTIBULARES 2010.2 .................................................................................................................................................................. 3 calor sensível VESTIBULARES 2010.1 .................................................................................................................................................................. 4 VESTIBULARES 2010.2 .................................................................................................................................................................. 8 calor latente VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 10 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 14 sistema termicamente isolado VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 15 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 17 transmissão de calor VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 18 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 21 dilatação térmica VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 22 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 26 transformações gasosas VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 28 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 31 trabalho da força de pressão VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 32 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 33 leis da termodinâmica VESTIBULARES 2010.1 ................................................................................................................................................................ 34 VESTIBULARES 2010.2 ................................................................................................................................................................ 42 [email protected] tópico 1: termômetros e escalas termométricas VESTIBULARES 2010.1 (PUC/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: A Dona Maria do Desespero tem um filho chamado Pedrinho, que apresentava os sintomas característicos da gripe causada pelo vírus H1N1: tosse, dor de garganta, dor nas articulações e suspeita de febre. Para saber a temperatura corporal do filho, pegou seu termômetro digital, entretanto, a pilha do termômetro tinha se esgotado. Como segunda alternativa, resolveu utilizar o termômetro de mercúrio da vovó, porém, constatou que a escala do termômetro tinha se apagado com o tempo, sobrando apenas a temperatura mínima da escala 35 °C e a temperatura máxima de 42 °C. Lembrou-se, então, de suas aulas de Termometria do Ensino Médio. Primeiro ela mediu a distância entre as temperaturas mínima e máxima e observou h = 10 cm. Em seguida, colocou o termômetro embaixo do braço do filho, esperou o equilíbrio térmico e, com uma régua, mediu a altura da coluna de mercúrio a partir da temperatura de 35 °C, ao que encontrou h = 5 cm. Com base no texto, assinale a alternativa CORRETA. *a) Pedrinho estava com febre, pois sua temperatura era de 38,5 °C. b) Pedrinho não estava com febre, pois sua temperatura era de 36,5 °C. c) Uma variação de 0,7 °C corresponde a um deslocamento de 0,1 cm na coluna de mercúrio. d) Se a altura da coluna de mercúrio fosse h = 2 cm a temperatura correspondente seria de 34 °C. e) Não é possível estabelecer uma relação entre a altura da coluna de mercúrio com a escala termométrica. (UNESP-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um termoscópio é um dispositivo experimental, como o mostrado na figura, capaz de indicar a temperatura a partir da variação da altura da coluna de um líquido que existe dentro dele. Um aluno verificou que, quando a temperatura na qual o termoscópio estava submetido era de 10 °C, ele indicava uma altura de 5 mm. Percebeu ainda que, quando a altura havia aumentado para 25 mm, a temperatura era de 15 °C. Quando a temperatura for de 20 °C, a altura da coluna de líquido, em mm, será de a) 25. b) 30. c) 35. d) 40. *e) 45. (UFPB-2010.1) - ALTERNATIVA: A Durante uma temporada de férias na casa de praia, em certa noite, o filho caçula começa a apresentar um quadro febril preocupante. A mãe, para saber, com exatidão, a temperatura dele, usa um velho termômetro de mercúrio, que não mais apresenta com nitidez os números referentes à escala de temperatura em graus Celsius. Para resolver esse problema e aferir com precisão a temperatura do filho, a mãe decide graduar novamente a escala do termômetro usando como pontos fixos as temperaturas do gelo e do vapor da água. Os valores que ela obtém são: 5 cm para o gelo e 25 cm para o vapor. Com essas aferições em mãos, a mãe coloca o termômetro no filho e observa que a coluna de mercúrio para de crescer quando atinge a marca de 13 cm. Com base nesse dado, a mãe conclui que a temperatura do filho é de: *a) 40,0 ºC d) 38,5 ºC b) 39,5 ºC e) 38,0 ºC c) 39,0 ºC (PUC/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: D Temperaturas podem ser medidas em graus Celsius (°C) ou Fahrenheit (°F). Elas têm uma proporção linear entre si. Temos: 32 °F = 0 °C; 20 °C = 68 °F. Qual a temperatura em que ambos os valores são iguais? a) 40 b) –20 c) 100 *d) –40 e) 0 (MACKENZIE/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: B Um termômetro graduado na escala Celsius (ºC) é colocado juntamente com dois outros, graduados nas escalas arbitrárias A (ºA) e B (ºB), em uma vasilha contendo gelo (água no estado sólido) em ponto de fusão, ao nível do mar. Em seguida, ainda ao nível do mar, os mesmos termômetros são colocados em uma outra vasilha, contendo água em ebulição, até atingirem o equilíbrio térmico. As medidas das temperaturas, em cada uma das experiências, estão indicadas nas figuras 1 e 2, respectivamente. Para uma outra situação, na qual o termômetro graduado na escala A indica 17ºA, o termômetro graduado na escala B e o graduado na escala Celsius indicarão, respectivamente, a) 0ºB e 7ºC d) 10ºB e 27ºC *b) 0ºB e 10ºC e) 17ºB e 10ºC c) 10ºB e 17ºC (VUNESP/UFTM-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um casal de norte-americanos visitou a Bahia e experimentou o tradicional acarajé, aprendendo que lá, quente, além do que se espera para essa palavra, pode ser traduzido como muuuuito apimentado! De qualquer modo, gostaram dessa comida, gostaram tanto, que pediram a receita. Para a versão apimentada da palavra “quente”, não tiveram dificuldades para a tradução, entretanto, para expressar a temperatura de 200 ºC na qual os bolinhos eram fritos, tiveram que realizar uma conversão, encontrando o valor em Fahrenheit, correspondente a a) 93 ºF. *d) 392 ºF. b) 168 ºF. e) 414 ºF. c) 302 ºF. (UCS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: A Se determinada substância em estado gasoso expande ou contrai seu volume em 1 unidade de medida cada vez que sua temperatura aumenta ou diminui, também em 1 unidade de medida, pode-se, baseado apenas nessa informação, utilizar essa substância para construir um(a) *a) termômetro. b) balança. c) paquímetro. d) macaco hidráulico. e) bússola. (CEFET/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Nos pontos de fusão e de ebulição da água, as colunas líquidas de um termômetro de mercúrio valem, respectivamente, 10,0 cm e 25,0 cm. Para a temperatura de 33,3 °C, a altura aproximada dessa coluna, em centímetros, vale Dados: Temperatura de fusão da água = 0°C Temperatura de ebulição da água = 100°C a) 5,00. *c) 15,0. b) 10,0. d) 20,0. [email protected] 2 (CESGRANRIO/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: B Duas escalas termométricas E1 e E2 foram criadas. Na escala E1, o ponto de fusão do gelo sob pressão de 1 atm (ponto de gelo) corresponde a + 12 e o ponto de ebulição da água sob pressão de 1 atm (ponto de vapor) corresponde a + 87. Na escala E2, o ponto de gelo é + 24. Os números x e y são, respectivamente, as medidas nas escalas E1 e E2 correspondentes a 16 ºC. Se os números 16, x e y formam, nessa ordem, uma Progressão Geométrica, o ponto de vapor na escala E2 é a) 120 *b) 99 c) 78 d) 64 e) 57 (VUNESP/UNICASTELO-2010.1) - ALTERNATIVA: C O gráfico dado relaciona a escala Celsius com a escala termométrica inventada pelo físico escocês Willian John Macqorn Rankine (1820 – 1872). A temperatura, na escala Rankine, correspondente a 20 ºC, é a) 492 ºR. b) 512 ºR. *c) 528 ºR. d) 626 ºR. e) 650 ºR. VESTIBULARES 2010.2 (UFPR-2010.2) - QUESTÃO ANULADA (RESPOSTA: 82°A) Alberto construiu um termômetro analógico para a feira de ciências de seu colégio. Sua escala apresenta valores para o ponto do gelo (PG) = 10°A e para o ponto do vapor (PV) = 190°A. Em uma tarde de verão, em que a temperatura medida com um termômetro Celsius seja de 40 °C, a marcação no termômetro de Alberto será de: a) 28°A. d) 39°A. b) 40°A. e) 56°A. c) 46°A. (PUC/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: B No LHC (Grande Colisor de Hádrons), as partículas vão correr umas contra as outras em um túnel de 27 km de extensão, que tem algumas partes refriadas a –271,25 °C. Os resultados oriundos dessas colisões, entretanto, vão seguir pelo mundo todo. A grade do LHC terá 60 mil computadores. O objetivo da construção do complexo franco-suiço, que custou US$ 10 bilhões e é administrado pelo Cem (Organização Europeia de Pesquisa Nuclear, na sigla em francês), é revolucionar a forma de se enxergar o Universo. A temperatura citada no texto, expressa nas escalas fahrenheit e kelvin, equivale, respectivamente, aos valores aproximados de: a) –456 e 544 d) 520 e 2 *b) –456 e 2 e) –456 e –2 c) 520 e 544 (CEFET/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: A O gráfico abaixo mostra como estão relacionadas as escalas termométricas Celsius e Farenheit. No inverno, a temperatura, na cidade de Nova York, chega a atingir o valor de 10,4 ºF. Na escala Celsius, esse valor corresponde a *a) – 12,0. b) – 13,6. c) – 38,9. d) – 42,0. (UCS/RS-2010.2) - ALTERNATIVA: A Um viajante brasileiro entra numa cafeteria nos EUA para pedir um café preto aquecido até 80 °C. Ele deve fazer o pedido na escala termométrica usual daquele país, que não é graus centígrados. A temperatura do café solicitada deverá ser de *a) 176 °F. d) 32 °F. b) 56 K. e) 80 K. c) 321 °F. (VUNESP/FTT-2010.2) - ALTERNATIVA: D Segundo o francês Georges Claude, uma diferença de temperatura de 18 ºC entre as águas quentes superficiais e as águas frias profundas poderia fazer se mover uma substância que, ao passar por uma turbina, poderia produzir energia elétrica. Uma variação de temperatura correspondente a essa seria sofrida por uma massa gasosa que, na escala Kelvin, tivesse sua temperatura variando de a) 392 a 420. b) 312 a 320. c) 273 a 288. *d) 195 a 213. e) 190 a 210. [email protected] 3 tópico 2: calor sensível VESTIBULARES 2010.1 (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA OFICIAL: SOMA = 18 (02+16) A temperatura é uma das grandezas físicas mais conhecidas dos leigos. Todos os dias boletins meteorológicos são divulgados anunciando as prováveis temperaturas máxima e mínima do período. A grande maioria da população conhece o termômetro e tem o seu próprio conceito sobre temperatura. Sobre temperatura e termômetros, assinale o que for correto. 01) A fixação de uma escala de temperatura deve estar associada a uma propriedade física que, em geral, varia arbitrariamente com a temperatura. 02) Grau arbitrário é a variação de temperatura que provoca na propriedade termométrica uma variação correspondente a uma unidade da variação que esta mesma propriedade sofre quando o termômetro é levado do ponto de fusão até o ponto de ebulição da água. 04) Temperatura é uma medida da quantidade de calor de um corpo. 08) A água é uma excelente substância termométrica, dada a sua abundância no meio ambiente. 16) Dois ou mais sistemas físicos, colocados em contato e isolados de influências externas, tendem para um estado de equilíbrio térmico, que é caracterizado por uma uniformidade na temperatura dos sistemas. OBS.: Com relação a afirmação 02, os pontos fixos não necessariamente precisam ser os pontos de fusão do gelo e de elbulição da água. (UERJ-2010.1) - ALTERNATIVA: D A tabela abaixo mostra apenas alguns valores, omitindo outros, para três grandezas associadas a cinco diferentes objetos sólidos: – massa; – calor específico; – energia recebida ao sofrer um aumento de temperatura de 10 °C. (UERJ-2010.1) - ALTERNATIVA - 42.B e 43.B UTILIZE AS INFORMAÇÕES A SEGUIR PARA RESPONDER ÀS QUESTÕES DE NÚME- 42 E 43. A tabela abaixo mostra a quantidade de alguns dispositivos elétricos de uma casa, a potência consumida por cada um deles e o tempo efetivo de uso diário no verão. ROS Considere os seguintes valores: • densidade absoluta da água: 1,0 g/cm3 • calor específico da água: 1,0 cal.g–1.°C–1 • 1 cal = 4,2 J • custo de 1 kWh = R$ 0,50 42. Durante 30 dias do verão, o gasto total com esses dispositivos, em reais, é cerca de: a) 234 *b) 513 c) 666 d) 1026 43. No inverno, diariamente, um aquecedor elétrico é utilizado para elevar a temperatura de 120 litros de água em 30 ºC. Durante 30 dias do inverno, o gasto total com este dispositivo, em reais, é cerca de: a) 48 *b) 63 c) 96 d) 126 (UDESC-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um sistema para aquecer água, usando energia solar, é instalado em uma casa para fornecer 400 L de água quente a 60 °C durante um dia. A água é fornecida para casa a 15 °C e a potência média por unidade de área dos raios solares é 130 W/m2. A área da superfície dos painéis solares necessários é: (Considere 1 cal = 4,2 J) a) 9,50 m2 d) 25,0 m2 2 b) 7,56 m *e) 6,73 m2 2 c) 2,00 m (FUVEST/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: B Energia térmica, obtida a partir da conversão de energia solar, pode ser armazenada em grandes recipientes isolados, contendo sais fundidos em altas temperaturas. Para isso, pode-se utilizar o sal nitrato de sódio (NaNO3), aumentando sua temperatura de 300 °C para 550 °C, fazendo-se assim uma reserva para períodos sem insolação. Essa energia armazenada poderá ser recuperada, com a temperatura do sal retornando a 300 °C. Para armazenar a mesma quantidade de energia que seria obtida com a queima de 1 L de gasolina, necessita-se de uma massa de NaNO3 igual a a) 4,32 kg. Poder calorífico da gasolina = 3,6×107 J/L *b) 120 kg. c) 240 kg. Calor específico do NaNO3 = 1,2 ×103 J/kg.°C 4 d) 3×10 kg. e) 3,6×104 kg. A alternativa que indica, respectivamente, o objeto de maior massa, o de maior calor específico e o que recebeu maior quantidade de calor é: a) I, III e IV b) I, II e IV c) II, IV e V *d) II, V e IV (UFRGS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um corpo de alumínio e outro de ferro possuem massas mAl e mFe respectivamente. Considere que o calor específico do alumínio é o dobro do calor específico do ferro. Se os dois corpos, ao receberem a mesma quantidade de calor Q, sofrem a mesma variação de temperatura T, as massas dos corpos são tais que a) mAl = 4mFe. b) mAl = 2mFe. c) mAl = mFe. *d) mAl = mFe / 2. e) mAl = mFe / 4. [email protected] 4 (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: C Em grandes metrópoles, devido a mudanças na superfície terrestre – asfalto e concreto em execesso, por exemplo – formamse ilhas de calor. A resposta da atmosfera a esse fenômeno é a precipitação convectiva. Isso explica a violência das chuvas em São Paulo, onde as ilhas de calor chegam a ter 2 a 3 graus centígrados de diferença em relação ao seu entorno. Revista Terra da Gente. Ano 5, n° 60, Abril 2009 (adaptado). As características físicas, tanto do material como da estrutura projetada de uma edificação, são a base para compreensão de resposta daquela tecnologia construtiva em termos de conforto ambiental. Nas mesmas condições ambientais (temperatura, umidade e pressão), uma quadra terá melhor conforto térmico se a) pavimentada com material de baixo calor específico, pois quanto menor o calor específico de determinado material, menor será a variação térmica sofrida pelo mesmo ao receber determinada quantidade de calor. b) pavimentada com material de baixa capacidade térmica, pois quanto menor a capacidade térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber determinada quantidade de calor. *c) pavimentada com material de alta capacidade térmica, pois quanto maior a capacidade térmica de determinada estrutura, menor será a variação térmica sofrida por ela ao receber determinada quandidade de calor. d) possuir um sistema de vaporização, pois ambientes mais úmidos permitem uma mudança de temperatura lenta, já que o vapor d’água possui capacidade de armazenar calor sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação à madeira, por exemplo). e) possuir um sistema de sucção do vapor d’água, pois ambientes mais secos permitem uma mudança de temperatura lenta, já que o vapor d’água possui capacidade de armazenar calor sem grandes alterações térmicas, devido ao baixo calor específico da água (em relação à madeira, por exemplo). 35 cm ((VUNESP/UFSCar-2010.1) - RESPOSTA: a) b) T = 7,5 × 10–2 °C Estima-se que hoje em dia o Brasil tenha cerca de 160 milhões de telefones celulares em operação. Esses aparelhos tão populares utilizam a radiação na frequência das micro-ondas para enviar e receber as informações das chamadas telefônicas. (UEL/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: C Segundo as unidades convencionais usadas na Física Nuclear, a energia liberada na bomba lançada sobre a cidade de Hiroshima foi de 15 kton. Sabendo que 1 kton corresponde a 1012 calorias e considerando que toda a energia liberada pela bomba seja usada para aquecer a água do Lago Igapó I de Londrina, cujo volume é, aproximadamente, 5×108 litros, e que a temperatura inicial é de 25 °C, a temperatura final da água do lago será de Dado: Calor específico da água: 1 cal/g°C a) 30 °C b) 45 °C *c) 55 °C d) 65 °C e) 95 °C (UFPB-2010.1) - RESPOSTA: I, II e V Uma maneira bastante prática e rápida de aquecer água é através de um aquecedor elétrico de nome popular “mergulhão”. Uma dona de casa costuma usar um mergulhão que fornece 25 kcal de energia por minuto, para aquecer água. Desprezando o calor absorvido pelo recipiente que contém a água e o calor perdido para a atmosfera, identifique as afirmativas corretas: (Dados: cág = 1,00 cal / g°C e dág = 1,00 kg/L) I. O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de água. II. O mergulhão gasta 3 minutos para elevar, de 25 ºC até 50 ºC, a temperatura de três litros de água. III. O mergulhão gasta 6 minutos para elevar, de 25 ºC até 100 ºC, a temperatura de um litro de uma determinada substância líquida, cujo calor específico é igual à metade do calor específico da água, porém de igual densidade. IV. O mergulhão gasta meio minuto para elevar, de 20 ºC até 45 ºC, a temperatura de um litro de água. V. O mergulhão leva um minuto para elevar em 50 ºC a temperatura de uma determinada substância de capacidade térmica 5 × 10–1 kcal/ºC. (UDESC-2010.1) - RESPOSTA: a) 350 × 106 W b) 1 × 105 L/s c) 1 × 10–2 m/s Uma usina termoelétrica alimentada pela queima de carvão produz uma potência mecânica de 140 x 106 W, com uma eficiência térmica de 40 %. Dados: cágua = 4,2 J/(g°C) e dágua = 1 kg/L. a) Determine a taxa de fornecimento de calor decorrente da queima do carvão. b) O calor rejeitado é fornecido para água de um rio cuja temperatura não deve aumentar mais do que 5 °C. Determine o volume de água necessário por segundo. c) A usina está funcionando com metade da capacidade. Determine a velocidade de escoamento da água (considere a seção reta retangular do rio com profundidade de 10 m e largura 50 m). (FGV/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: E A primeira coisa que o vendedor de churros providencia é o aquecimento dos 4 litros de óleo de fritura que cabem em sua fritadeira. A partir de 20 ºC, levam-se 12 minutos para que a temperatura do óleo chegue a 200 ºC, aquecimento obtido por um único queimador (boca de fogão), de fluxo constante, instalado em seu carrinho. Admitindo que 80% do calor proveniente do queimador seja efetivamente utilizado no aquecimento do óleo, pode-se determinar que o fluxo de energia térmica proveniente desse pequeno fogão, em kcal/h, é, aproximadamente, • Dados: densidade do óleo = 0,9 kg/L • calor específico do óleo = 0,5 cal/(g.ºC) a) 4 000. b) 3 500. c) 3 000. d) 2 500. *e) 2 000. a) A empresa Darkness de telefonia opera a uma frequência de 850 MHz. Calcule o comprimento de onda utilizado pela operadora de telefonia, sabendo que as ondas eletromagnéticas se propagam com a velocidade da luz (c = 3,0 × 108 m/s). b) Considere um aparelho celular que emite 1 W de potência quando em funcionamento. Um grupo de pesquisadores deseja estudar o quanto esse aparelho celular provoca de aquecimento na cabeça dos seus usuários. Para tanto, realizam uma simulação num laboratório: enchem uma bexiga de festa, de massa desprezível, com um dado líquido, tal que o conjunto (bexiga + líquido) tenha massa de 2 kg. Em seguida, ligam o telefone celular, encostado no conjunto, pelo tempo total de 9 minutos. Faça uma estimativa da elevação da temperatura do conjunto, após esse intervalo de tempo, considerando que a potência emitida pelo aparelho celular seja absorvida pelo conjunto. Dado: O calor específico do líquido utilizado na simulação é de 3,6 J/(g.ºC). [email protected] 5 (VUNESP/FAMECA-2010.1) - RESPOSTA: a) P = 1,0 kcal/s b) T = 32,5 °C Uma técnica utilizada pelos pediatras para baixar a temperatura do corpo de crianças, é banhá-las por imersão em água fria. Imagine uma criança com febre de 40 ºC que, após o banho, tem sua temperatura diminuída, em 10 min, para um valor considerado normal. Ela ficou imersa em 60 litros de água cuja temperatura aumentou de 20 ºC para 30 ºC nesse intervalo de tempo. O calor específico da água é de 1,0 cal/(g.ºC) e sua densidade é de 1,0 kg/L. Despreze as perdas para o ambiente e determine a) a quantidade de calor média liberada pelo corpo da criança a cada segundo. b) a temperatura final atingida por 80 litros de óleo, a 20 ºC iniciais, se fossem utilizados no lugar da água. Dados: calor específico do óleo = 0,75 cal/(g.ºC) e densidade do óleo = 0,80 g/cm3. (MACKENZIE/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: C Paulo comprou um aquecedor elétrico, de especificações 5 000 W – 220 V, provido de um reservatório de volume 100 litros. Seu rendimento é 80 %. Estando completamente cheio com água e ligado corretamente, o tempo necessário para se aquecer essa água de 20 ºC é Dados: a) 15 minutos b) 28 minutos • massa específica da água = 1 g/cm3 *c) 35 minutos • calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) d) 45 minutos • 1 cal = 4,2 J e) 90 minutos (SENAC/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: C Em uma pista de esqui nos Alpes um atleta de massa 80 kg desce pela encosta da montanha, passando por um ponto A com velocidade de 20 m/s e por outro ponto B, situado em um nível horizontal 80 m abaixo do nível do ponto A, com velocidade de 40 m/s. Parte de sua energia mecânica é dissipada em forma de calor. Caso pudéssemos aproveitar a energia mecânica dissipada nessa descida para aquecer 200 g de água líquida, a elevação da temperatura da água seria, em °C, (Adote: g = 10 m/s2 e cágua = 4 × 103 J/kg °C) a) 5 d) 40 b) 10 e) 50 *c) 20 (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 22 (02+04+16) OBS.: A RESPOSTA OFICIAL INCLUI O ITEM 08 COMO CORRETO. Três amostras de diferentes materiais são sujeitas a um experimento que consiste em, com auxílio de uma fonte térmica, transferir calor para as amostras. Os calores específicos e as massas das amostras são indicados no quadro abaixo e durante o experimento não há mudança de estado físico. Sobre as conclusões desse experimento, assinale o que for correto. (PUC/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: C Leia as informações a seguir, e analise as afirmativas. Pensando em tomar chimarrão, um gaúcho usa um ebulidor (ou resistência elétrica) para aquecer 1,0 kg de água, de 30°C até 80°C. O ebulidor foi conectado a uma tensão de 100 V. O processo de aquecimento acontece em 10 minutos. Considera-se que o calor específico da água é 4,2 × 103 J/(kg°C). Sobre o processo descrito acima, afirma-se: I. A energia absorvida pela água no processo é de 2,1 × 105 J. II. Desprezando quaisquer trocas de energia, a não ser as que ocorrem entre a água e o ebulidor, a potência elétrica requerida pelo ebulidor é de 2,1 × 104 W. III. A resistência elétrica do ebulidor é maior do que 2,5 × 101 . A(s) afirmativa(s) correta(s) é/são a) II, apenas. b) I e II, apenas. *c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. (UERJ-2010.1) - RESPOSTA: Cinco capitais O gráfico a seguir assinala a média das temperaturas mínimas e máximas nas capitais de alguns países europeus, medidas em graus Celsius. Adaptado de Factos e números essenciais sobre a Europa e os europeus. Luxemburgo: Serviço das Publicações Oficiais das Comunidades Europeias, 2006. Considere a necessidade de aquecer 500 g de água de 0 °C até a temperatura média máxima de cada uma das capitais. Determine em quantas dessas capitais são necessárias mais de 12 kcal para esse aquecimento. Dado: calor específico da água = 1,0 cal/(g°C) 01) Se a mesma quantidade de calor, Q, for cedida para as amostras a e b, então = 2 a. b 02) Se as amostras b e c sofrem a mesma variação de temperatura, então Qb = 1,2 Qc. 04) Se as três amostras receberem a mesma quantidade de calor, a temperatura final da amostra a será maior do que as temperaturas finais das amostras b e c. 08) As capacidades térmicas das amostras a e b valem, respectivamente, 30 cal/g e 60 cal/g. 16) Se as amostras a e c receberem, respectivamente, quantidades de calor iguais a Qa e Qc = Qa 3, então a =5 c . (VUNESP/UFTM-2010.1) - ALTERNATIVA: B Se o leite em um copo está muito quente, é uma prática comum derramá-lo para outro copo e deste para o primeiro, em uma sucessão de movimentos semelhantes, que fazem o leite ficar mais frio, sobretudo devido às trocas de calor com o ar. Se pudéssemos garantir que não houvesse trocas de calor com o meio e com os copos, realizando o mesmo procedimento com 200 mL de água, inicialmente a 20,0 ºC, passando de um copo para outro, distantes verticalmente a 0,5 m, numa sucessão de movimentos tal qual os realizados com o leite, a temperatura da água aumentaria para 20,1 ºC, após um número de trocas de um copo a outro, mais próximo de Dados: densidade da água = 1 g/mL aceleração da gravidade = 10 m/s2 calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) 1 cal = 4 J a) 100. *b) 80. c) 60. d) 50. e) 40. [email protected] 6 (UCS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: C Uma pessoa está parada na areia, de pés descalços, assistindo a uma partida de vôlei de praia. Como a areia foi esquentando, essa pessoa calçou um par de chinelos de borracha com 300 g de massa. Ao ser colocado em contato com a areia, o par de chinelos sofreu um aumento de temperatura. Supondo o calor específico da borracha do chinelo como 0,8 cal/(g°C), e desconsiderando o calor transferido pela pessoa, qual foi a quantidade de calor total transferida pelo chão quente ao par de chinelos (lembrando que 1 caloria = 4,18 J), se o aumento de temperatura que ele sofreu foi de 10 °C? a) 11 818 J b) 10 300 J *c) 10 032 J d) 9 300 J e) 6 318 J (UCS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: C Se encostarmos um cubo de gelo a –5 °C em um material supercondutor a 77 K, no qual há uma corrente elétrica circulando, o que irá acontecer? a) O gelo resfriará o supercondutor, mas não chegará a valores negativos na escala Kelvin. b) O gelo resfriará o supercondutor, chegando a valores negativos na escala Kelvin. *c) O supercondutor extrairá calor do gelo. d) O supercondutor e o gelo entrarão em equilíbrio térmico sem mudar suas temperaturas iniciais. e) O supercondutor derreterá o gelo por causa da corrente elétrica que passa por ele. (FURG/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um corpo de 1 kg cai, a partir do repouso, de uma altura de 10 m em relação ao solo. Admitindo que toda energia da queda, após o choque totalmente inelástico com o solo, seja convertida em calor, e que 30% dela seja absorvida pelo corpo, determine a variação de temperatura desse corpo. (Dados: calor específico do corpo = 0,05 cal/(g°C); 1 cal = 4,18 J e g = 10 m/s2.) a) 3 K. b) 1,4 K. c) 0,30 °C. d) 3 °C. *e) 0,14 K. (VUNESP/UNICASTELO-2010.1) - ALTERNATIVA: B O gráfico mostra como varia a temperatura ( ) de uma amostra de 100 g de uma substância sólida ao ser aquecida por uma fonte térmica de potência constante 50 cal/ s. O calor específico dessa substância, em cal/(g°C), é a) 0,10. *b) 0,15. c) 0,20. d) 0,25. e) 0,30. (UECE-2010.1) - ALTERNATIVA: C Coloca-se uma resistência ôhmica de 0,1 dentro de um recipiente isolado termicamente contendo 5 kg de água ao nível do mar, a uma temperatura inicial de 30 °C. Se ligarmos a resistência a uma fonte de tensão de 12 V, o tempo, em minutos, em que a água entrará em ebulição é de aproximadamente Obs: Desconsidere as perdas de calor do sistema para a vizinhança e considere o calor específico da água 1,0 cal/(g°C), constante com a temperatura, e que 1 cal = 4,2 J aproximadamente. a) 8. b) 11. *c) 17. d) 42. (UEPB-2010.1) - ALTERNATIVA: B Leia o texto. Um forno de microondas produz ondas eletromagnéticas de frequência aproximadamente a 2500 MHz (2,5 × 109 Hz) que é gerada por um magnétron e irradiada por um ventilador de metal, que fica localizado na parte superior do aparelho, para o interior do mesmo. Através do processo de ressonância, as moléculas de água existentes nos alimentos absorvem essas ondas, as quais fazem aumentar a agitação das mesmas, provocando assim o aquecimento dos alimentos de fora para dentro. Veja o esquema abaixo. Fonte: www.brasilescola.com/fisica/forno-microondas.htm (com adaptações) Acerca do assunto tratado no texto, resolva a seguinte situaçãoproblema: Em um forno de microondas é colocado meio litro de água (500 g) a uma temperatura de 30 °C. Suponha que as microondas produzem 10.000 cal/min na água e despreze a capacidade térmica do copo. Sabendo-se que o calor específico da água é de 1,0 cal/(g°C), o tempo necessário para aquecer meio litro de água, em minutos, a uma temperatura de 80 °C, é a) 4,0. *b) 2,5. c) 6,0. d) 8,0. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A O café é uma bebida cujo consumo se tornou um hábito em muitos países do mundo. Existem estabelecimentos comerciais especializados e diversos tipos de máquinas desenhadas para o preparo dessa bebida com requinte. Após a seleção dos grãos e a escolha do ponto de torrefação, conseguem-se realçar atributos e características do produto, percebidos pelo degustador, a saber: aroma, acidez, corpo, persistência. A intensidade com que se apresenta cada um desses atributos na composição da bebida permite a classificação de diversos tipos de café, que buscam satisfazer os mais exigentes consumidores. Muitas pessoas observam e comentam que o café expresso, cuja concentração é bem alta, o que torna a bebida bem forte, esfria mais rapidamente que o café comum, menos concentrado. É CORRETO atribuir esse fenômeno a/ao *a) um menor calor específico do café expresso em comparação com o café comum. b) uma menor capacidade térmica do café comum em comparação com o café expresso. c) fato de os cafés comum e expresso possuírem a mesma capacidade térmica. d) fato de os cafés comum e expresso possuírem o mesmo calor específico. [email protected] 7 (UFV/MG-2010.1) - RESPOSTA: a) 5,04×107 J b) 5,18×106 J/m2 c) 19,4 m2 Deseja-se dimensionar um sistema de aquecimento de água por painéis solares para o aquecimento residencial de água. O sistema deverá aquecer 300 L de água em um período de 12 h. a) Calcule a quantidade de calor que esse sistema deve transferir para 300 L de água elevando sua temperatura de 15 ºC até 55 ºC. Dados: calor específico da água = 4200 J/(kgºC) e densidade da água = 1 kg/L. b) Considerando que a potência média por unidade de área dos raios solares incidentes nos painéis é igual a 120 W/m2, calcule a energia média por unidade de área recebida pelos painéis no período de 12 h. c) Considerando as respostas de (a) e (b), determine a área dos painéis solares supondo que estes transferem somente 50% da energia solar recebida para a água. VESTIBULARES 2010.2 (UFG/GO-2010.2) - RESPOSTA: a) P = 7200 W b) t 21,7 min Uma sala de aula de 200 m2 e 3 m de altura acomoda 60 pessoas, que iniciam as atividades pela manhã a uma temperatura de 25°C. A taxa de dissipação de calor produzida por um ser humano adulto sentado é, em média, de 120 W. Para que o corpo humano permaneça à temperatura de 37°C é adequado que o ambiente seja mantido a 25°C, assim a dissipação do calor por irradiação compensa a produção de calor pelo corpo. A capacidade térmica por unidade de volume do ar é 1300 J/(m3°C). Considerando o exposto, e tratando a sala de aula como um sistema termicamente isolado, calcule: a) a potência, em watts, do aparelho de ar-condicionado necessário para manter a sala a 25°C; b) o intervalo de tempo, em minutos, para a sala atingir 37°C, na ausência do equipamento de ar-condicionado. (VUNESP/UFTM-2010.2) - ALTERNATIVA: D Após um carpinteiro enterrar um enorme prego de ferro em uma viga de peroba, verifica-se que a temperatura do mesmo elevouse em 10 ºC. Dados: • calor específico do ferro = 0,1 cal/(g ºC) • massa do prego = 50 g • 1 cal = 4,2 J Admitindo que 60% da energia transferida pelo martelo tenha acarretado a elevação da temperatura do prego e, considerando que o carpinteiro tenha desferido 50 golpes com seu martelo sobre o prego, a energia média, em joules, transferida em cada martelada é: a) 10. b) 9. c) 8. *d) 7. e) 6. (UNESP-2010.2) - ALTERNATIVA: C As pontes de hidrogênio entre moléculas de água são mais fracas que a ligação covalente entre o átomo de oxigênio e os átomos de hidrogênio. No entanto, o número de ligações de hidrogênio é tão grande (bilhões de moléculas em uma única gota de água) que estas exercem grande influência sobre as propriedades da água, como, por exemplo, os altos valores do calor específico, do calor de vaporização e de solidificação da água. Os altos valores do calor específico e do calor de vaporização da água são fundamentais no processo de regulação de temperatura do corpo humano. O corpo humano dissipa energia, sob atividade normal por meio do metabolismo, equivalente a uma lâmpada de 100 W. Se em uma pessoa de massa 60 kg todos os mecanismos de regulação de temperatura parassem de funcionar, haveria um aumento de temperatura de seu corpo. Supondo que todo o corpo é feito de água, em quanto tempo, aproximadamente, essa pessoa teria a temperatura de seu corpo elevada em 5 ºC? Dado: calor específico da água 4,2 × 103 J/kg·ºC. a) 1,5 h. b) 2,0 h. *c) 3,5 h. d) 4,0 h. e) 5,5 h. [email protected] 8 (FEI/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: D Em um trocador de calor, o líquido refrigerante possui calor específico 1,5 cal/gºC e o líquido refrigerado é a água. Durante um certo intervalo de tempo, 200 kg de líquido refrigerante entraram no trocador de calor a 10 ºC e saíram a 40 ºC. No mesmo intervalo, 400 kg de água entraram a 80 ºC e saíram a 50 ºC. Qual foi a quantidade de calor perdida durante o processo? Dado: calor específico da água cágua = 1,0 cal/gºC a) 7 000 kcal b) 5 000 kcal c) 4 500 kcal *d) 3 000 kcal e) 1 500 kcal (UERJ-2010.2) - ALTERNATIVA: A As unidades joule, kelvin, pascal e newton pertencem ao SI Sistema Internacional de Unidades. Dentre elas, aquela que expressa a magnitude do calor transferido de um corpo a outro é denominada: *a) joule b) kelvin c) pascal d) newton (UNEMAT/MT-2010.2) - QUESTÃO ANULADA A temperatura de 400 gramas de um líquido, cujo calor específico é de 0,8 cal/gºC, sobe de –5ºC até –36ºC. O tempo gasto em minutos para realizar este aquecimento com uma fonte que fornece 80 cal/minuto foi de: a) 150 minutos. b) 200 minutos. c) 160 minutos. d) 250 minutos. e) 280 minutos. (VUNESP/UFTM-2010.2) - RESPOSTA: a) P = 29400 J/h b) Menor tempo e menor capacidade térmica. Uma garrafa PET contendo 2 litros de água a 22 ºC é colocada no interior de uma geladeira por 4 horas. Após esse período, a temperatura da água é 8 ºC. Considere o calor específico da água = 1 cal/(g ºC), a densidade da água = 1 g/mL e que 1 cal = 4,2 J. a) Determine o módulo do fluxo de calor, em J/h, que ocorre entre a água e a geladeira, desprezando-se as trocas de calor com o plástico da garrafa PET. b) Para um líquido de calor específico e densidade menores que os da água, colocado na mesma geladeira e garrafa PET, compare, em relação à água, qualitativamente em termos de igual, maior ou menor, o tempo necessário para o resfriamento de 22 ºC para 8 ºC, bem como a sua capacidade térmica. (UEM/PR-2010.2) - RESPOSTA: SOMA = 10 (02+08) As afirmativas abaixo estão relacionadas com os conceitos de calor e temperatura. Analise-as atentamente e assinale o que for correto. 01) Calor é uma substância que um corpo adquire, quando sua temperatura é aumentada, e perde, quando sua temperatura é diminuída. 02) Calor é uma forma de energia em trânsito que depende da diferença de temperatura entre dois ou mais corpos. 04) Quanto maior a temperatura de um corpo, mais calor ele possui. 08) Temperatura é uma propriedade dos corpos que está associada à agitação térmica de seus átomos e moléculas. 16) Calor e temperatura são formas de energia que estão associadas à energia cinética de vibração dos átomos do corpo. [email protected] 9 tópico 3: calor latente VESTIBULARES 2010.1 (UFLA/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Considere a superfície de um líquido aquecido no qual as moléculas escapem dessa superfície formando sobre ela uma camada de vapor. Parte das moléculas desse vapor, devido ao seu movimento desordenado, chocam-se com a superfície e retornam ao líquido. Com relação aos processos térmicos envolvidos na situação descrita acima, é CORRETO afirmar que a) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento na evaporação e uma diminuição na condensação. b) os processos de evaporação e condensação de vapor não ocorrem simultaneamente. *c) próximo à superfície da substância líquida, tanto a vaporização quanto a condensação ocorrem mediante trocas de energia entre a substância e o meio no qual a substância se encontra. d) o aumento da pressão de vapor sobre a superfície do líquido acarreta um aumento tanto na evaporação quanto na condensação. (UFJF/MG-2010.1) - RESPOSTA: a) Q = 37,5 kcal b) V = 0,3 L Com a finalidade de se fazer café, um recipiente com 0,5 L de água é aquecido em um fogão. A temperatura da água aumenta desde 25°C até 100°C . Considere para a água: densidade = 1,0 kg/L ; calor latente de vaporização Lv = 540 cal/g ; calor específico c = 1,0 cal/(g°C). a) Calcule a quantidade de calor cedida à água, para que sua temperatura aumente desde 25°C até 100°C. b) Supondo que a quantidade de calor total cedida à água, até o momento em que se apaga a chama do fogão, foi de 145500 cal, calcule o volume de água, em litros, que ficou no recipiente para ser utilizada no preparo do café. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A Um quilograma de uma dada substância inicialmente no estado líquido recebe uma quantidade de calor Q e sua temperatura varia de acordo com o gráfico abaixo: (UECE-2010.1) - ALTERNATIVA: B Considerando que os calores específico e latente de vaporização da água são respectivamente c = 4190 J/kg.K e L = 2256 kJ/ kg, a energia mínima necessária para vaporizar 0,5 kg de água que se encontra a 30°C, em kJ, é aproximadamente: a) 645 *b) 1275 c) 1940 d) 3820 (PUC/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: C Um cubo de gelo de massa 100g e temperatura inicial –10ºC é colocado no interior de um microondas. Após 5 minutos de funcionamento, restava apenas vapor d' água. Considerando que toda a energia foi totalmente absorvida pela massa de gelo (desconsidere qualquer tipo de perda) e que o fornecimento de energia foi constante, determine a potência utilizada, em W. São dados: Pressão local = 1 atm Calor específico do gelo = 0,5 cal . g–1.°C–1 Calor específico da água líquida = 1,0 cal . g–1.°C–1 Calor latente de fusão da água = 80 cal . g–1 Calor latente de vaporização da água = 540 cal . g–1 1 cal = 4,2 J a) 1008 b) 896 *c) 1015 d) 903 e) 1512 (UCS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: B Por que a temperatura em que a água passa do estado líquido para o estado gasoso vai ficando menor à medida que aumenta a altitude? a) Porque o Sol vai ficando mais próximo. *b) Porque há diminuição da pressão atmosférica. c) Por causa da influência elétrica das nuvens. d) Porque a primeira lei da termodinâmica só vale para regiões ao nível do mar. e) Porque há aumento da influência do campo magnético da Terra. (UFPE-2010.1) - RESPOSTA: 15% Uma massa m de água, inicialmente a 19 °C, é aquecida durante 10 min numa boca de fogão que emite calor a uma taxa constante. A variação da temperatura da água com o tempo de aquecimento é mostrada na figura abaixo. Dados: Calor específico da água: 1,0 cal/(g°C) Calor latente de evaporação da água: 540 cal/g Analisando o gráfico, é CORRETO afirmar que a capacidade térmica desta substância no estado líquido e o seu calor latente de vaporização, respectivamente, são: *a) 1,25 cal/K e 100 cal/kg. b) 1,25 cal/K e 200 cal/kg. c) 5,00 cal/K e 200 cal/kg. d) 5,00 cal/K e 100 cal/kg. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um resistor de resistência igual a 1 está conectado a uma ddp de 100 V. O resistor encontra-se dentro de um recipiente termicamente isolado contendo 1 L de água (calor específico igual a 4,2 × 103 J/(kg°C) e calor de vaporização igual a 2260 × 103 J/ kg). A água está, inicialmente, à temperatura de 20°C. Considerando que todo o processo ocorra à pressão de 1 atmosfera, o tempo necessário para vaporizar totalmente a água, transformando-a em vapor a 100°C, é: a) 18113,6 s c) 33,6 s b) 226,0 s *d) 259,6 s Determine a porcentagem de água que evaporou durante o processo. [email protected] 10 (PUC/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Quando aquecemos água em nossas casas utilizando um recipiente aberto, sua temperatura nunca ultrapassa os 100 ºC. Isso ocorre porque: a) ao atingir essa temperatura, a água perde sua capacidade de absorver calor. b) ao atingir essa temperatura, a água passa a perder exatamente a mesma quantidade de calor que está recebendo, mantendo assim sua temperatura constante. *c) as mudanças de fase ocorrem à temperatura constante. d) ao atingir essa temperatura, a água começa a expelir o oxigênio e outros gases nela dissolvidos. (UFMG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Analise o quadro onde estão apresentadas as temperaturas de fusão (TF) e ebulição (TE), aproximadas, de algumas substâncias medidas à pressão de 1 atm: (UNEMAT/MT-2010.1) - ALTERNATIVA: C Analise as afirmativas. I. Calor Sensível é o calor trocado por um sistema e que provoca nesse sistema apenas variação de temperatura. II. Calor latente é o calor trocado por um sistema e que provoca nesse sistema apenas uma mudança de estado físico. III. A capacidade térmica de um corpo é a relação constante entre a quantidade de calor recebida e a correspondente variação de temperatura, sendo a equação matemática escrita na forma Q = mc(Tf - Ti). IV. O calor latente de uma mudança de estado de uma substância pura, mede numericamente a quantidade de calor trocada por uma unidade de massa da substância durante aquela mudança de estado, enquanto sua temperatura permanece constante. Assinale a alternativa correta. a) Somente I é verdadeira. b) Somente II e IV são verdadeiras. *c) Somente I, II e IV são verdadeiras. d) Somente II e III são verdadeiras. e) Somente I, II e III são verdadeiras. (UEL/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: A A liofilização é uma técnica de secagem de materiais sob condições de baixas temperatura e pressão. Nessas condições, a eliminação da água preserva a forma do material e suas estruturas termossensíveis. Ao longo do processo, a temperatura e a pressão são ajustadas de tal modo que a água seja retirada por sublimação. Dentre os materiais secados por liofilização destacamse alguns tipos de vacinas que, uma vez liofilizadas, têm seu prazo de validade aumentado, podendo ser transportadas para regiões distantes com precárias condições técnicas de armazenagem. O fenômeno físico da sublimação caracteriza-se pela transição do estado *a) sólido para o estado vapor. b) vapor para o estado líquido. c) sólido para o estado líquido. d) líquido para o estado sólido. e) líquido para o estado vapor. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A O calor latente de vaporização da água é 540 cal/g. Para vaporizar uma massa m de água ao nível do mar e à temperatura de 373,15 K, necessitamos de 33858 J de calor latente. A massa da água, em gramas, é igual a (Dado: 1 cal = 4,18 J) *a) 15. b) 20. c) 45. d) 30 (UFMG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Considere estas informações: • a temperaturas muito baixas, a água está sempre na fase sólida; • aumentando-se a pressão, a temperatura de fusão da água diminui. Assinale a alternativa em que o diagrama de fases pressão versus temperatura para a água está de acordo com essas informações. a) b) A única substância representada no quadro que NÃO é encontrada em estado líquido em uma região cuja temperatura seja de 4ºC, é a a) I b) II *c) III d) IV (UFCG/PB-2010.1) - ALTERNATIVA: A A pressão de vapor d’água diminui à medida que a temperatura diminui. Caso o teor de vapor d’água no ar seja mantido constante à medida que o ar se esfria, atinge-se uma temperatura chamada de temperatura de ponto de orvalho, para a qual a pressão parcial se torna igual a pressão de vapor e o vapor fica saturado. Se o ar for resfriado ainda mais, o vapor se condensa e passa para a fase líquida até que a nova pressão fique novamente igual a pressão de vapor na nova temperatura. Para determinar a umidade relativa do ar numa sala cuja temperatura ambiente é igual a 30 °C, um estudante resfria gradualmente uma lata metálica colocando água fria. Quando a temperatura da lata atinge 14°C, gotículas se formam em sua superfície. Nessas condições ambientais (se necessário, consulte a tabela ao lado), pode-se afirmar que a umidade relativa do ar é *a) 40%. b) 20%. c) 30%. d) 10%. e) 50%. (UFT/TO-2010.1) - ALTERNATIVA: D Considere que os calores específicos do gelo e da água são constantes e valem 2,05 × 103 J/(kg·K) e 4,18 × 103 J/(kg·K) respectivamente. O calor latente de fusão e o calor latente de vaporização da água são 333,5 × 103 J/kg e 2257 × 103 J/kg respectivamente. Baseado nestas informações, pode-se dizer que o valor que melhor representa a quantidade mínima de calor necessária para transformar 10g de gelo a zero °C, sujeito a uma pressão de 1atm, em vapor é de: a) 22,57 × 103 J *d) 30,09 × 103 J 3 b) 52,07 × 10 J e) 35,05 × 103 J 3 c) 42,18 × 10 J c) *d) [email protected] 11 (ACAFE/SC-2010.1) - ALTERNATIVA: B Os comportamentos da temperatura (T) medida em °C em função do tempo (t), medido em minutos, de massas (mA), (mB), (mC) e (mD) de um líquido, supostamente água pura, foram estudados por quatro grupos de alunos - A, B, C e D. Para tanto, o professor disponibilizou aos alunos fontes de calor de potência térmica (PA), (PB), (PC) e (PD), recipientes de vidro (idênticos), termômetros digitais (idênticos) e volumes de líquidos. As medidas efetuadas pelos grupos estão apresentadas na tabela a seguir. (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: C A Constelação Vulpécula (Raposa) encontra-se a 63 anos-luz da Terrra, fora do sistema solar. Ali, o planeta gigante HD 189733b, 15% maior que Júpiter, concentra vapor de água na atmosfera. A temperatura do vapor atinge 900 graus Celsius. “A água sempre está lá, de alguma forma, mas às vezes é possível que seja escondida por outros tipos de nuvens”, afirmam os astrônomos do Spitzer Science Center (SCC), com sede em Pasadena, Califórnia, responsável pela descoberta. A água foi detectada pelo espectrógrafo infravermelho, um aparelho do telescópio espacial Spitzer. Correio Braziliense, 11 dez. 2008 (adaptado). De acordo com o texto, o planeta concentra vapor de água em sua atmosfera a 900 graus Celsius. Sobre a vaporização inferese que a) se há vapor de água no planeta, é certo que existe água no estado líquido também. b) a temperatura de ebulição da água independe da pressão, em um local elevado ou ao nível do mar, ela ferve sempre a 100 graus Celsius. *c) o calor de vaporização da água é o calor necessário para fazer 1 kg de água líquida se transformar em 1 kg de vapor de água a 100 graus Celsius. d) um líquido pode se superaquecido acima de sua temperatura de ebulição normal, mas de forma nenhuma nesse líquido haverá formação de bolhas. e) a água em uma panela pode atingir a temperatura de ebulição em alguns minutos, e é necessário muito menos tempo para fazer a água vaporizar completamente. (PASUSP-2009) - ALTERNATIVA: B Assim, é correto afirmar que: a) se mA > mB > mC > mD, então, PA = PB = PC = PD e o líquido é água pura em A, B, C e D. *b) se mA = mB = mC = mD, então, PA < PB e o líquido é água pura em A e em B. c) se mA = mB = mC = mD, então, PA = PB = PC = PD e o líquido é água pura em A, B, C e D. d) se mA = mB = mC = mD, então, PC < PD e o líquido é água pura em C e em D. (UFMG-2010.1) - ALTERNATIVA: B Quando colocamos batatas em uma panela com água, aquecida no fogo, a batata cozinha. Se colocamos batatas em uma panela com óleo, nas mesmas condições, a batata frita. Essa diferença se explica porque a) a água tem calor específico mais baixo do que o óleo. *b) a água tem ponto de ebulição mais baixo do que o do óleo. c) o óleo tem mais afinidade para o calor do que a água. d) o óleo conduz melhor o calor do que a água. (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: B A água apresenta propriedades físico-químicas que a coloca em posição de destaque como substância essencial à vida. Dentre essas, destacam-se as propriedades térmicas biologicamente muito importantes, por exemplo, o elevado valor de calor latente de vaporização. Esse calor latente refere-se à quantidade de calor que deve ser adicionada a um líquido em seu ponto de ebulição, por unidade de massa, para convertê-lo em vapor na mesma temperatura, que no caso da água é igual a 540 calorias por grama. A propriedade físico-química mencionada no texto confere à água a capacidade de a) servir como doador de elétrons no processo de fotossíntese. *b) funcionar como regulador térmico para os organismos vivos. c) agir como solvente universal dos tecidos animais e vegetais. d) transportar os íons de ferro e magnésio do metabolismo nos organismos vivos. e) funcionar como mantenedora do metabolismo nos organismos vivos. Fonte: F. Caruso & L. Daou. Tirinhas de Física, vol.6, 2002. Adaptado. Supondo que o fogão forneça uma chama, com fluxo de calor constante, e tendo em conta o diálogo da tirinha apresentada, o gráfico que representa a temperatura da água, em função do tempo, durante o processo de aquecimento, desde o início do mesmo até a sua completa evaporação, é a) d) *b) e) c) [email protected] 12 (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: D Além de ser capaz de gerar eletricidade, a energia solar é usada para muitas outras finalidades. A figura a seguir mostra o uso da energia solar para dessalinizar a água. Nela, um tanque contendo água salgada é coberto por um plástico transparente e tem a sua parte central abaixada pelo peso de uma pedra, sob a qual se coloca um recipiente (copo). A água evaporada se condensa no plástico e escorre até o ponto mais baixo, caindo dentro do copo. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. São Paulo: Pioneira Thomsom Leaming, 2003 (adaptado). Nesse processo, a energia solar cedida á água salgada a) fica retida na água doce que cai no copo, tornando-a, assim, altamente energizada. b) fica armazenada na forma de energia potencial gravitacional contida na água doce. c) é usada para provocar a reação química que transform a água salgada em água doce. *d) é cedida ao ambiente externo através do plástico, onde ocorre a condensação do vapor. e) é reemitida como calor para fora do tanque, no processo de evaporação da água salgada. (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: C O ciclo da água é fundamental para a preservação da vida no planeta. As condições climáticas da Terra permitem que a água sofra mudanças de fase e a compreensão dessas transformações é fundamental para se entender o ciclo hidrológico. Numa dessas mudanças, a água ou a umidade da terra absorve o calor do sol e dos arredores. Quando já foi absorvido calor suficiente, algumas das moléculas do líquido podem ter energia necessária para começar a subir para a atmosfera. Disponível em: http://www.keroagua.blogspot.com. Acesso em: 30 mar. 2009 (adaptado). A transformação mencionada no texto é a a) fusão. d) solidificação. b) liquefação. e) condensação. *c) evaporação. [email protected] 13 VESTIBULARES 2010.2 (CEFET/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: E Duas esferas metálicas maciças, de massas iguais e materiais diferentes, a 100 ºC, são colocadas sobre um bloco de gelo a 0°C, que se encontra em um recipiente fechado e de paredes isolantes. Ao atingir o equilíbrio térmico, nota-se que ainda há gelo nesse experimento. Analisando esse procedimento, é correto afirmar que a(s) a) quantidades de calor recebidas pelas esferas são iguais, porque suas massas são iguais. b) massas de gelo derretidas por esfera são iguais, porque os seus calores específicos são iguais. c) massas de gelo derretidas por esfera são diferentes, porque as massas das esferas são iguais. d) quantidades de calor cedidas pelas esferas são iguais, pois seus calores específicos são diferentes. *e) massas de gelo derretidas por esfera são diferentes, porque os seus calores específicos são diferentes. (UTFPR-2010.2) - ALTERNATIVA: C Um cientista recebeu uma substância desconhecida, no estado sólido, para ser analisada. O gráfico abaixo representa o processo de aquecimento de uma amostra dessa substância. (UDESC-2010.2) - ALTERNATIVA: D Coloca-se 1,50 kg de gelo, à temperatura de 0 oC, no interior de um forno de micro-ondas de potência 1,0 kW. O tempo de funcionamento a que se deve programar o forno de micro-ondas para que toda a energia fornecida seja absorvida pelo gelo apenas para fundi-lo é: a) 5,0 min Dados: b) 3,0 min LH2O = 80 cal/g c) 1,5 min 1 cal = 4 J *d) 8,0 min e) 10 min (UEG/GO-2010.2) - ALTERNATIVA: B A análise da figura abaixo, que representa o gráfico da pressão de vapor versus a temperatura para três líquidos puros hipotéticos, permite concluir que a) o líquido C apresenta a menor temperatura de ebulição. *b) o líquido A é o mais volátil. c) na mesma temperatura o líquido B apresenta maior pressão de vapor. d) a adição de NaCl aos líquidos diminui as suas temperaturas de ebulição. Analisando o gráfico, podemos concluir que a amostra apresenta: a) duração da ebulição de 10 min. b) duração da fusão de 40 min. *c) ponto de fusão de 40 °C. d) ponto de fusão de 70 °C. e) ponto de ebulição de 50 °C. (UFOP/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: C No gráfico abaixo, onde é mostrada a temperatura T em função do tempo, são representados os processos de resfriamento de três materiais diferentes de massas iguais. Os materiais foram colocados em um congelador que pode extrair suas energias a uma certa taxa constante. Analisando o gráfico e sabendo que o resfriamento de cada material começou no estado líquido e terminou no estado sólido, é CORRETO afirmar que a) a temperatura do ponto de fusão do material 2 é menor do que a temperatura do ponto de fusão do material 3. b) o calor latente de fusão do material 1 é maior do que o calor latente de fusão do material 2. *c) o calor específico no estado sólido do material 2 é maior do que o calor específico no estado sólido do material 1. d) o calor específico no estado líquido do material 3 é maior do que o calor específico no estado líquido do material 1. [email protected] 14 tópico 4: sistema termicamente isolado VESTIBULARES 2010.1 (PUC/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: C Uma quantidade de água líquida de massa m = 200 g, a uma temperatura de 30 °C, é colocada em uma calorímetro junto a 150 g de gelo a 0 °C. Após atingir o equilíbrio, dado que o calor específico da água é ca = 1,0 cal/(g .°C) e o calor latente de fusão do gelo é L = 80 cal/g, calcule a temperatura final da mistura gelo + água. a) 10 °C b) 15 °C *c) 0 °C d) 30 °C e) 60 °C (PUC/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: A (resolução no final) Um cubo de gelo dentro de um copo com água resfria o seu conteúdo. Se o cubo tem 10 g e o copo com água tem 200 ml e suas respectivas temperaturas iniciais são 0 °C e 24 °C, quantos cubos de gelo devem ser colocados para baixar a temperatura da água para 20 °C? (Considere que o calor específico da água é ca = 1,0 cal/(g.°C), o calor latente de fusão do gelo L = 80 cal/g, e = 1 g/ml) *a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 RESOLUÇÃO PUC/RJ-2010.1: Para fundir 1 cubo de gelo, necessitamos de Q = L m = 800 cal. Neste caso, a mudança na temperatura da água é dada por Q = m ca t então t = Q/ (m ca) = 4 °C. Logo, com apenas um único cubo de gelo, somos capazes de baixar a temperatura de um copo típico de água em 4 °C. Após algum tempo a temperatura final de equilíbrio será de 19 °C. (FEI/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: C Um trocador de calor usado na indústria recebe água quente à temperatura de 90ºC. Deseja-se resfriar esta água até que sua temperatura atinja 50ºC. Sabendo-se que para isto será utilizada água fria à temperatura de 20ºC e que não existe perda de calor para o ambiente, qual será a razão entre a massa de água quente e a massa de água fria que deverá ser utilizada? a) 1,50 b) 0,50 *c) 0,75 d) 1,00 e) 1,33 (UNIOESTE/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: E Se misturarmos, num recipiente de capacidade térmica desprezível, 150 g de água a 80 ºC com 50 g de gelo a 0 ºC, considerando o calor específico da água igual a 1 cal/gºC e o calor de fusão do gelo como 80 cal/g, a temperatura de equilíbrio da mistura será de a) 20 ºC. b) 25 ºC. c) 30 ºC. d) 35 ºC. *e) 40 ºC. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C No interior de um calorímetro ideal, encontram-se 250 g de água em equilíbrio térmico a 10 ºC. São colocados dentro do calorímetro dois blocos de metal, um de cobre de massa 50 g, a 80 ºC, e outro com massa 50 g, feito de material sem identificação, a 100 ºC. O sistema estabiliza-se a uma temperatura final de 20 ºC. O calor específico do bloco feito do material sem identificação, em cal/gºC, é igual, aproximadamente, a a) 0,65. Dados: b) 0,43. Calor específico da água = 1,000 cal/gºC *c) 0,56. Calor específico do cobre = 0,0924 cal/gºC d) 0,34. (UDESC-2010.1) - RESPOSTA: a) Q = 72275 cal b) 30,3 °C c) Mercúrio, Nitrogênio e Chumbo Na tabela abaixo, apresenta-se um conjunto de dados importantes para análises sobre a mudança de fase que pode ocorrer com uma substância (medidos à pressão de 1 atm). Com base na tabela, resolva as questões abaixo. a) Quantas calorias são necessárias para transformar 100 g de gelo a –5°C em vapor d’água? b) Calcule a temperatura de equilíbrio quando forem misturados 20 g de ferro à temperatura de 500°C com 100 g de água a 20°C. Considere que esta mistura seja realizada em um sistema isolado adiabaticamente. c) Isolam-se 10 g de cada uma das substâncias listadas na tabela acima, cada qual na sua temperatura de fusão; em seguida são fornecidos 100 cal para cada uma das substâncias isoladas. Indique quais as substâncias que serão totalmente fundidas. Justifique. (UESPI-2010.1) - ALTERNATIVA: A Num calorímetro ideal, uma massa Ma de água líquida a uma temperatura T é misturada com uma massa Mg de gelo a 0 °C. Denotam-se respectivamente por c e L o calor específico da água líquida e o calor de fusão do gelo no sistema internacional de unidades. Quando o equilíbrio térmico é atingido à temperatura de 0 °C, não há mais gelo no calorímetro. Pode-se concluir que a temperatura T, expressa em °C, vale: *a) MgL (Mac) b) Mac (MgL) c) cL (MaMg) d) MaMg (cL) e) MaMg (cL)2 (VUNESP/FIPA-2010.1) - ALTERNATIVA: C Suponha que um prato de vidro tenha massa 600 g e se encontre, inicialmente, à temperatura ambiente de 20 ºC. Batatas cozidas, de massa 200 g e à temperatura de 50 ºC, são colocadas sobre esse prato. Desprezando-se as perdas de calor para o ambiente, a temperatura final do sistema prato-batatas cozidas, após atingido o equilíbrio térmico será, em ºC, aproximadamente, igual a Dados: cvidro = 0,2 cal/g.ºC ; cbatata = 0,7 cal/g.ºC a) 20. b) 28. *c) 36. d) 43. e) 54. [email protected] 15 (UFPR-2010.1) - RESPOSTA: T = 73,15°C Uma montanhista utiliza em suas escaladas uma caneca com massa igual a 100 g e feita de um material com calor específico de 910 J/(kg.ºC). Num certo momento, ela coloca 200 g de chá à temperatura inicial de 80 ºC em sua caneca, que se encontra à temperatura ambiente de 10 ºC. Despreze a troca de calor com o ambiente e considere que o calor específico do chá é igual ao da água, isto é, 1,0 cal/(g.ºC). Determine a temperatura do chá após o sistema ter atingido o equilíbrio térmico. Adote 1 cal = 4,186 J. (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) No que se refere à fenomenologia do calor, assinale o que for correto. 01) O calor específico é a capacidade térmica da unidade de massa do sistema. 02) Calor é uma forma de energia atribuída a corpos de temperatura elevada. 04) Se um sistema recebe uma quantidade de calor ao sofrer uma transformação, a mesma quantidade será doada para sofrer a transformação inversa. 08) Na troca de calor num sistema isolado é observado o princípio de conservação da energia. (VUNESP/UNIFESP-2010.1) - RESPOSTA: a) 0,10 cal/(g°C) e 4,0 cal/g b) 12,5 g de água no estado líquido Em uma experiência de Termologia, analisou-se a variação da temperatura, medida em graus Celsius, de 100 g de uma substância, em função da quantidade de calor fornecido, medida em calorias. Durante o experimento, observou-se que, em uma determinada etapa do processo, a substância analisada apresentou mudança de fase sólida para líquida. Para visualizar o experimento, os dados obtidos foram apresentados em um gráfico da temperatura da substância como função da quantidade de calor fornecido. (FAZU/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Antes de irem para o local da prova do vestibular, alguns alunos resolveram ir a uma lanchonete tomar um café com leite. Chegando lá, um aluno mais atento resolveu tentar descobrir qual era a temperatura final da mistura que ele ia beber. Para isso, ele descobriu que, no preparo, foram utilizados 120 g de leite a 5°C e 70 g de café a 100°C. Sabendo que a temperatura do copo no início do preparo era de 20°C, que sua capacidade térmica é de 10 cal/°C e desprezando as trocas de calor com o ambiente, a temperatura final encontrada pelo aluno foi de: Dados: calor específico do leite e do café cleite = ccafé = 1 cal/g°C. a) 30°C. b) 35°C. *c) 39°C. d) 42°C. e) 45°C. (VUNESP/UFTM-2010.1) - RESPOSTA: a) 36 kcal b) Tf = 0°C No interior de um recipiente adiabático de capacidade térmica desprezível, estão inicialmente depositados 400 g de gelo moído à temperatura de – 20 ºC. Junta-se ao gelo uma peça feita de ferro e de massa 80 g, inicialmente à temperatura de 800 ºC. Dados: Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g Calor específico da água = 1,0 cal/(g.ºC) Calor específico do ferro = 0,1 cal/(g.ºC) Calor específico do gelo = 0,5 cal/(g.ºC) Determine: a) a quantidade de calor que o gelo deve receber do ferro para que se transforme em água líquida, à temperatura ambiente de 0 ºC; b) a temperatura aproximada em que ocorrerá o equilíbrio térmico. (VUNESP/UEA-2010.1) - ALTERNATIVA: C Um garçom coloca 2 cubos de gelo, que estão a 0 ºC, para refrescar um suco de fruta que está inicialmente a 25 ºC. A massa de cada cubo de gelo é 10 gramas, e o volume do suco é 0,5 litro. Suponha que o copo de suco esteja dentro de um recipiente de isopor de forma que não ocorra troca de calor com o ambiente. A quantidade de calor cedida pelo suco é suficiente para derreter o gelo. Após ter sido atingido o equilíbrio térmico entre a massa original de gelo e o suco, a temperatura final da mistura é, em ºC, aproximadamente, Dados: Densidade do suco = 1 g/cm3; 1 litro = 103 cm3 Calor específico do suco = Calor específico da água = 1 cal/(g.ºC) Calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g a) 10. b) 15. *c) 21. d) 26. e) 32. Determine: a) O calor específico da substância na fase líquida e seu calor latente específico de fusão. b) Após a substância atingir a temperatura de 80 ºC, cessou-se o fornecimento de calor e adicionou-se à ela 50 g de gelo a 0 ºC. Supondo que a troca de calor ocorra apenas entre o gelo e a substância, determine a massa de água, fase líquida, em equilíbrio térmico. Dados: Calor latente de fusão do gelo: L = 80 cal/g Calor específico da água: c = 1,0 cal/(g ºC) (UFRJ-2010.1) - RESPOSTA: cA /cB = 1/6 Um calorímetro ideal contém uma certa massa de um líquido A a 300K de temperatura. Um outro calorímetro, idêntico ao primeiro, contém a mesma massa de um líquido B à mesma temperatura. Duas esferas metálicas idênticas, ambas a 400K de temperatura, são introduzidas nos calorímetros, uma no líquido A, outra no líquido B. Atingido o equilíbrio térmico em ambos os calorímetros, observa-se que a temperatura do líquido A aumentou para 360K e a do líquido B, para 320K. Sabendo que as trocas de calor ocorrem a pressão constante, calcule a razão cA /cB entre o calor específico cA do líquido A e o calor específico cB do líquido B. [email protected] 16 VESTIBULARES 2010.2 (CEFET/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: C Um botijão aberto contém 50 kg de nitrogênio líquido em ebulição a 77 K. Se colocarmos 1,0 litro de água a 0 ºC no recipiente, a massa de nitrogênio, em kg, que vaporiza é, aproximadamente, igual a a) 1,5. b) 2,6. *c) 3,1. d) 5,1. e) 7,4. Dados: calor latente de vaporização do nitrogênio = 48 kcal/kg calor latente de fusão da água = 80 kcal/kg calor específico do gelo (no intervalo de temperatura considerado) = 0,35 kcal/kg.K (UDESC-2010.2) - RESPOSTA: a) = 24 °C b) m = 20 g c) Q = 300 cal No interior de três garrafas térmicas idênticas são colocadas as seguintes substâncias: I – 50 g de gelo à temperatura 0 °C e 200 g de água à temperatura 50 °C; II – 50 g de gelo à temperatura –20 °C e 100 g de água à temperatura 29 °C; III – 100 g de água à temperatura 80 °C e 200 g de água à temperatura 20 °C. Considerando que não há trocas de calor entre o conteúdo das garrafas e o meio externo, calcule: a) a temperatura de equilíbrio no interior da garrafa térmica I; b) a massa de gelo que resta no interior da garrafa térmica II, sabendo que a temperatura de equilíbrio é 0 °C; c) a energia fornecida ao sistema no interior da garrafa térmica III, quando é atingida a temperatura de equilíbrio 41 °C, após a garrafa ter sido sacudida por um longo intervalo de tempo. Dados: calor específico da água = 1,0 cal/(g.°C) calor específico do gelo = 0,5 cal/(g.°C) calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g (UECE-2010.2) - QUESTÃO ANULADA (Observação no final) Considerando que o leite tem densidade 1030 g/L e calor específico 50 cal/g°C, e que o café tem as mesmas propriedades da água, ou seja, densidade 1000 g/L e calor específico 1 cal/g°C, se adicionarmos 60 mL de leite, a 20 °C, a 200 mL de café, a 80 °C, a temperatura final da mistura, em °C, será a) 28. b) 42. c) 46. d) 72. Obs.: Se o valor do calor específico do leite for 0,5 cal/g°C, a resposta será alternativa D. [email protected] 17 tópico 5: transmissão de calor VESTIBULARES 2010.1 (UDESC-2010.1) - ALTERNATIVA: E A figura mostra o gráfico da intensidade de radiação por comprimento de onda emitida por um corpo negro para diferentes temperaturas. (UFF/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: C Uma bola de ferro e uma bola de madeira, ambas com a mesma massa e a mesma temperatura, são retiradas de um forno quente e colocadas sobre blocos de gelo. Marque a opção que descreve o que acontece a seguir. a) A bola de metal esfria mais rápido e derrete mais gelo. b) A bola de madeira esfria mais rápido e derrete menos gelo. *c) A bola de metal esfria mais rápido e derrete menos gelo. d) A bola de metal esfria mais rápido e ambas derretem a mesma quantidade de gelo. e) Ambas levam o mesmo tempo para esfriar e derretem a mesma quantidade de gelo. (PUC/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C Ainda nos dias atuais, povos que vivem no deserto usam roupas de lã branca como parte de seu vestuário para se protegerem do intenso calor, já que a temperatura ambiente pode chegar a 50ºC durante o dia. Para nós, brasileiros, que utilizamos a lã principalmente no inverno, a atitude dos povos do deserto pode parecer estranha ou equivocada, contudo ela pode ser explicada pelo fato de que: a) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca absorve toda a luz evitando que ela aqueça ainda mais as pessoas. b) a lã é naturalmente quente e, num ambiente a 50ºC, ela contribui para resfriar um pouco os corpos das pessoas. *c) a lã é um excelente isolante térmico, impedindo que o calor externo chegue aos corpos das pessoas e a cor branca reflete toda a luz diminuindo assim o aquecimento da própria lã. d) a lã é naturalmente quente, e o branco é uma “cor fria.” Esses fatos combinados contribuem para o resfriamento dos corpos daquelas pessoas. (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) Calor pode ser conceituado como sendo uma forma de energia que é transferida de um sistema físico para outro sistema físico devido, exclusivamente, à diferença de temperatura existente entre os dois sistemas. Sobre o fenômeno da transferência de calor, assinale o que for correto. 01) A transmissão do calor por convecção, em um meio, consiste essencialmente no deslocamento de moléculas de diferentes densidades, de uma região para outra desse meio. 02) A condução do calor pode ser atribuída à transmissão da energia através de colisões entre as moléculas constituintes de um corpo. Por isso, os sólidos são melhores condutores de calor do que os líquidos e do que os gases. 04) Fluxo de calor corresponde à quantidade de calor que atravessa uma seção reta do corpo que o conduz, na unidade de tempo. 08) O calor, espontaneamente, se propaga do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. 16) Quando dois corpos, em contato, estão em equilíbrio térmico, pode-se afirmar que o fluxo de calor entre eles é constante. (UFRGS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: E Considere as afirmações abaixo, referentes aos três processos de transferência de calor. I - A radiação pode ser refletida pelo objeto que a recebe. II - A condução ocorre pela propagação de oscilações dos constituintes de um meio material. III - A convecção ocorre apenas em fluidos. Quais estão corretas? a) Apenas I. d) Apenas II e III. b) Apenas III. *e) I, II e III. c) Apenas I e II. Com base nas informações do gráfico, analise as afirmativas abaixo. I – A temperatura T1 é maior que a temperatura T3. II – A intensidade total de radiação emitida é maior para temperatura T3. III – O comprimento de onda para o qual a radiação é máxima é maior para temperatura T3. IV – As temperaturas T1, T2 e T3 são iguais. V – As intensidades totais de radiação emitida são iguais para T1, T2 e T3. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. c) Somente a afirmativa I é verdadeira. d) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. *e) Somente a afirmativa II é verdadeira. (UTFPR-2010.1) - ALTERNATIVA: C Sobre propagação do calor, considere as seguintes afirmações: I) Nas paredes de uma casa é mais conveniente, em termos de conforto térmico, usar materiais que sejam bons condutores de calor. II) Num dia frio, um alimento quente foi deixado numa panela de vidro. Dessa forma, esfriará mais rapidamente do que se fosse deixado numa panela de alumínio. III) Com certa frequência, a camada de gelo que se forma num congelador deve ser retirada, pois essa camada torna-se um isolante térmico. Está(ão) correta(s) somente: a) I. b) II. * c) III. d) I e II. e) I e III. (UFG/GO-2010.1) - ALTERNATIVA: B Um automóvel possui uma mistura aquosa em seu sistema de arrefecimento. Essa mistura é bombeada fazendo circular o calor do motor até o radiador, onde o calor é dissipado para o meio ambiente. Um motorista liga o motor desse automóvel e parte para sua viagem. Decorridos 10 minutos, ele observa, no indicador de temperatura do painel, que a mistura chega ao radiador com 90 °C e permanece em torno desse valor durante a viagem. Isso ocorre porque a) o radiador dissipa mais calor do que o motor produz. *b) o radiador dissipa mais calor quanto maior a temperatura da mistura aquosa. c) o motor libera menos calor quando aquecido acima dessa temperatura. d) o motor para de produzir calor acima dessa temperatura. e) o radiador dissipa menos calor acima dessa temperatura. [email protected] 18 (VUNESP/UFSCar-2010.1) - RESPOSTA: a) o gelo é mau condutor de calor (bom isolante térmico) b) T = 0,22 N Durante um inverno rigoroso no hemisfério norte, um pequeno lago teve sua superfície congelada, conforme ilustra a figura. a) Considerando o gráfico do volume da água em função de sua temperatura, explique porque somente a superfície se congelou, continuando o resto da água do lago em estado líquido. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um radiômetro (veja a figura) é um dispositivo constituído por um bulbo transparente, em cujo interior, isolado do meio externo, encontra-se uma hélice constituída por quatro placas muito leves. Cada placa possui uma face preta, de um lado, e branca, do outro. A hélice pode girar livremente (praticamente sem atrito). O radiômetro é usado para demonstrações de como a radiação térmica é absorvida diferentemente por objetos escuros e claros. Quando a radiação térmica incide sobre as placas, por causa da diferença de absorção, as faces pretas se aquecem mais que as brancas, o que gera uma corrente de convecção fazendo com que o ar circule no interior do dispositivo e coloque a hélice para girar. O efeito visual do radiômetro em funcionamento é surpreendente, fato que o torna um ótimo dispositivo para fins didáticos. b) Um biólogo deseja monitorar o pH e a temperatura desse lago e, para tanto, utiliza um sensor automático, específico para ambientes aquáticos, com dimensões de 10 cm × 10 cm × 10 cm. O sensor fica em equilíbrio, preso a um fio inextensível de massa desprezível, conforme ilustra a figura. Quando a água está à temperatura de 20 °C, o fio apresenta uma tensão de 0,20 N. Calcule qual a nova tensão no fio quando a temperatura na região do sensor chega a 4 °C. Dados: • Considere a aceleração da gravidade na Terra como sendo 10 m/s2. • Considere o sensor com uma densidade homogênea. • Considere a densidade da água a 20 °C como 998 kg/m 3 e a 4 °C como 1 000 kg/m3. • Desconsidere a expansão/contração volumétrica do sensor. (UFRN-2010.1) - ALTERNATIVA: D Os óculos de visão noturna detectam a radiação infravermelha emitida ou refletida pelos corpos. Esses equipamentos são bastante utilizados em aplicações militares, em navegação, e também por pesquisadores, que, com o auxílio deles, podem detectar animais na mata durante a noite, entre outras aplicações. Um desses tipos de óculos, que utiliza a técnica da imagem térmica, opera por meio da captura do espectro luminoso infravermelho, emitido, na forma de calor, pelos objetos. A teoria física que explica a emissão de radiação pelos corpos, e na qual se baseia o funcionamento dos óculos de visão noturna, é a teoria a) do efeito fotoelétrico, de Einstein. b) do átomo, de Bohr. c) da dualidade onda-partícula, de De Broglie. *d) da radiação do corpo negro, de Planck. (UESPI-2010.1) - ALTERNATIVA: E Constituem mecanismos de transmissão de calor os seguintes processos: a) expansão, rarefação e contração. b) dilatação, condução e contração. c) convecção, rarefação e condução. d) rarefação, radiação e dilatação. *e) condução, radiação e convecção. Se um radiômetro for iluminado inicialmente com uma lâmpada incandescente (luz amarela) e, posteriormente, com uma lâmpada de vapor de mercúrio (luz branca), é CORRETO afirmar que a) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada de vapor de mercúrio, pois a luz branca possui mais energia térmica. b) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada de vapor de mercúrio, pois esta também emite radiação ultravioleta, cujo comprimento de onda é maior que o da luz amarela. c) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada incandescente, pois esta gera bastante radiação em faixas de frequência superiores às geradas pela lâmpada de vapor de mercúrio. *d) a hélice irá se mover mais rapidamente ao ser iluminada pela lâmpada incandescente, pois esta gera bastante radiação infravermelha, além de luz visível. (VUNESP/UEA-2010.1) - ALTERNATIVA: D Suponha que você retire dois cubos de gelo idênticos do congelador e coloque-os em cima de uma mesa na cozinha. Um deles você coloca em cima de um prato em contato com o ar, e o outro, coloca dentro de um saquinho feito de lã. Tanto o prato quanto o saquinho de lã estão à mesma temperatura, não expostos diretamente à luz solar. Qual dos dois cubos de gelo derreterá mais rápido? a) O cubo de gelo dentro do saquinho de lã, porque a lã esquenta e aquece o gelo. b) O cubo de gelo em contato com o ar, porque cederá calor ao prato e ao ar. c) Os dois cubos derreterão ao mesmo tempo, porque foram colocados sobre a mesma mesa. *d) O cubo de gelo exposto ao ar deverá derreter mais rápido, porque a lã é um isolante térmico. e) O cubo de gelo dentro do saquinho de lã deverá derreter mais rápido, porque o ar é um isolante térmico. (UNIOESTE/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: B Num dia de inverno a temperatura no interior de uma casa é 25ºC e no exterior é 5ºC. A perda de calor, através de uma janela (kvidro= 0,2 cal/(s.m.ºC)) de espessura 2 mm e área 0,5 m2, em uma hora é a) 3.600 cal. *b) 3.600 kcal. c) 36 kcal. d) 360 J. e) 3600 J. [email protected] 19 (UFSC-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 05 (01+04) O tipo de panela mais recomendado, por questões de saúde, é a panela de aço inox. Entretanto, o aço inox tem uma baixa condutividade térmica. Para solucionar este problema, os fabricantes fazem uso de um difusor de calor, geralmente de alumínio, cujo objetivo é melhorar a condutividade e homogeneizar a transferência de calor no fundo da panela. Dados: - condutividade térmica do alumínio = 60 cal/s.m.°C - calor latente de vaporização da água = 540 cal/g - calor latente de fusão do gelo = 80 cal/g - calor específico da água = 1 cal/g.°C - calor específico do gelo = 0,5 cal/g.°C (UNICENTRO/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: B Assinale a alternativa correta. a) A deposição de gelo num avião em voo se dá quando ele penetra em zona de ar supersaturado. *b) Quando os líquidos passam ao estado gasoso, as moléculas apresentam notável aumento no movimento de translação. c) As lâmpadas elétricas incandescentes são praticamente vazias, no entanto o bulbo se aquece durante o funcionamento. Este fato se deve à energia radiante emitida pelo filamento. d) Encanamentos para vapor ou água quente são revestidos com amianto ou lã de vidro, para impedir as trocas de calor por radiação. e) O funcionamento dos refrigeradores elétricos se baseia no fato de que a compressão de um vapor libera calor. (UFJF/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: B Quando se passa álcool na pele, tem-se uma sensação de frio naquele local. Assinale a alternativa que explica CORRETAMENTE esse fato. a) O álcool é normalmente mais frio que a pele. *b) O álcool absorve o calor da pele para evaporar-se. c) O álcool é normalmente mais frio que o ar. d) O álcool é menos denso que o ar. e) O álcool é uma substância muito instável. (UDESC-2010.1) - RESPOSTA: a) 574.e W b) 537.a W c) A área do corpo humano é muito maior que a da lâmpada. Obs.: Os coeficientes e e a (emissividade e absorvidade do corpo humano) não foram fornecidos na prova. A área total do corpo humano é em média 1, 2 m2 e a temperatura de superfície é 30 °C. Em relação ao contexto: a) Determine a taxa de transferência de calor do corpo por radiação. b) Determine a taxa de absorção de calor em um ambiente a 25 °C. c) A transferência líquida média potência de uma pessoa para o ambiente é de 72 W. Esta potência é maior que a potência de uma lâmpada de 60 W. Por que geralmente não a percebemos? 3.10 –2 m2 0,5 cm Em relação ao exposto, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. O fluxo de calor através do difusor depende da sua geometria, do material e da diferença de temperatura entre as faces inferior e superior. 02. Supondo que a face inferior do difusor está a 105 °C e a face superior está a 100 °C, o fluxo de calor através do difusor é 1,8 cal/s. 04. O calor recebido por uma substância dentro da panela pode causar mudança de temperatura, mudança de fase ou ambas. 08. O fundo da panela aquece a água colocada no seu interior unicamente por convecção, que envolve o transporte de matéria de uma região quente para uma região fria e vice-versa. 16. Supondo um fluxo de calor através do fundo da panela de 2,0 kcal/s, e que dentro dela foi colocado 150 g de gelo a –10 °C, serão necessários aproximadamente 6,4 segundos para fundir 2/3 do gelo. 32. O difusor de alumínio é aquecido por radiação proveniente da chama da boca do fogão. (VUNESP/UFTM-2010.1) - ALTERNATIVA: E A respeito dos processos de transmissão de calor, considere: I. na convecção, o calor é transferido de um lugar para outro tendo como agentes os próprios fluidos; II. na condução, ocorre a transferência de energia cinética entre as partículas; III. na irradiação, o calor é transmitido sob a forma de ondas eletromagnéticas. É correto o contido em a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. *e) I, II e III. [email protected] 20 VESTIBULARES 2010.2 (IF/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: C O congelador de uma geladeira encontra-se na parte superior, e sua temperatura é inferior ao restante do equipamento. Assim, a geladeira funcionará perfeitamente, pois: a) Ocorrerá uma redução da temperatura do ar que entrar em contato com o congelador e este ar se tornará menos denso, deslocando-se para baixo. b) Ocorrerá um aumento da temperatura do ar que entrar em contato com o congelador e este ar se tornará menos denso deslocando-se para baixo. *c) Ocorrerá uma redução da temperatura do ar que entrar em contato com o congelador e este ar se tornará mais denso, deslocando-se para baixo. d) Ocorrerá um aumento da temperatura do ar que entrar em contato com o congelador e este ar se tornará mais denso deslocando-se para baixo. (IF/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: C Numa cozinha localizada ao nível do mar, um litro de água é colocado dentro de uma panela de alumínio para aquecer sob a chama de um fogão. Considerando a panela sem tampa e a pressão atmosférica constante no local, são feitas as seguintes afirmativas: I. O calor que passa do alumínio para a água é conhecido por convecção. II. A temperatura de fervura da água será superior, se o aquecimento for feito na cidade de São Paulo, nas mesmas condições do experimento. III. As bolhas que aparecem na fervura caracterizam o processo de calor por condução. IV Durante o aquecimento, a “boca” da panela de alumínio se dilata, aumentando seu diâmetro. É correto o que se afirma apenas em: a) I. d) II e III. b) II. e) I e IV. *c) IV. (FATEC/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: C (resolução no final) Atualmente, muitas residências estão fazendo o uso de energia solar, através de coletores instalados no telhado, para aquecer a água e, assim, contribuir para um menor gasto em energia elétrica em relação aos chuveiros elétricos convencionais. Sobre esses coletores solares são feitas as seguintes afirmativas: I. As chapas de alumínio e as tubulações de água devem ser pintadas de preto, pois a cor preta aumenta a absorção da energia radiante do sol incidente, aquecendo mais rapidamente a água. II. O processo de transmissão de calor, que ocorre das placas quentes para a água, é chamado de convecção, ocorrendo devido ao deslocamento de matéria. III. As placas de vidro colocadas sobre as tubulações são transparentes à luz, mas boas refletoras de radiação infravermelha e por isso ajudam no aquecimento da água no interior da tubulação. É correto o que se afirma em a) I, apenas. b) II, apenas. *c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. RESOLUÇÃO FATEC/SP-2010.2: I – CORRETA. A cor preta absorve mais energia radiante que as cores claras. Pintando as chapas e as tubulações de negro fosco a absorção da energia solar será maior e, portanto, obteremos um aquecimento mais rápido da água que circula nas tubulações. II – ERRADA. A transmissão de calor das chapas para a água se chama condução. III – A tubulação emite ondas infravermelhas que serão retidas pelas placas de vidro otimizando o aquecimento da água. (UCS/RS-2010.2) - ALTERNATIVA: B Imagine um filme de ficção científica em que uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma embarcação para mergulhar, durante um pequeno intervalo de tempo, na lava de um vulcão, que está à temperatura de 600 °C. Supondo que a lava em questão tenha um ponto de fusão de 500 °C, qualitativamente quais as principais características termodinâmicas que o material de que é feita a fuselagem do submarino deve possuir para manter a tripulação em segurança no seu interior, nesse intervalo de tempo? (Suponha também que lava e submarino estejam submetidos à mesma pressão.) a) Alto calor específico e ponto de fusão inferior ao da lava *b) Alto calor específico e baixa condutividade térmica c) Alto calor específico e ponto de fusão igual ao da lava d) Baixo calor específico e ponto de fusão inferior ao da lava e) Baixo calor específico e alta condutividade térmica [email protected] 21 tópico 6: dilatação térmica (sólidos, líquidos, corpo oco e água) VESTIBULARES 2010.1 DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS (UDESC-2010.1) - ALTERNATIVA: E A tabela abaixo apresenta uma relação de substâncias e os seus respectivos valores de coeficiente de dilatação linear e condutividade térmica, ambos medidos à temperatura de 20 °C. (VUNESP/UFSCar-2010.1) - RESPOSTA: a) 100 b) 1,1 × 10– 9 m3 (contração) As lâmpadas incandescentes foram inventadas há cerca de 140 anos, apresentando hoje em dia praticamente as mesmas características físicas dos protótipos iniciais. Esses importantes dispositivos elétricos da vida moderna constituem-se de um filamento metálico envolto por uma cápsula de vidro. Quando o filamento é atravessado por uma corrente elétrica, se aquece e passa a brilhar. Para evitar o desgaste do filamento condutor, o interior da cápsula de vidro é preenchido com um gás inerte, como argônio ou criptônio. Assinale a alternativa correta, tomando como base as informações acima. a) Barras do mesmo comprimento dos metais listados na tabela sofrerão dilatações iguais, quando submetidas a uma variação de temperatura de 20 °C. b) A condutividade térmica das substâncias permanece constante, independentemente da temperatura em que estas se encontram. c) Substâncias que possuem maior condutividade térmica também apresentam maiores coeficientes de dilatação. d) Dentre as substâncias listadas na tabela, o cobre é a melhor opção para fazer isolamentos térmicos. *e) Duas chapas de dimensões iguais, uma de alumínio e outra de concreto, são submetidas à mesma variação de temperatura. Constata-se então que a variação de dilatação superficial da chapa de alumínio é duas vezes maior que a da chapa de concreto. (CESGRANRIO/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: B Uma placa metálica quadrada é dobrada de modo a formar um cilindro (sem fundo e sem tampa), como ilustrado. a) O gráfico apresenta o comportamento da resistividade do tungstênio em função da temperatura. Considere uma lâmpada incandescente cujo filamento de tungstênio, em funcionamento, possui uma seção transversal de 1,6 × 10–2 mm2 e comprimento de 2 m. Calcule qual a resistência elétrica R do filamento de tungstênio quando a lâmpada está operando a uma temperatura de 3 000 °C. b) Faça uma estimativa da variação volumétrica do filamento de tungstênio quando a lâmpada é desligada e o filamento atinge a temperatura ambiente de 20 °C. Explicite se o material sofreu contração ou dilatação. Dado: O coeficiente de dilatação volumétrica do tungstênio é 12 × 10–6 (ºC)–1. (UESPI-2010.1) - ALTERNATIVA: C Uma fenda de largura 2,002 cm precisa ser perfeitamente vedada por uma pequena barra quando a temperatura no local atingir 130 °C. A barra possui comprimento de 2 cm à temperatura de 30 °C, como ilustra a figura (os comprimentos mostrados não estão em escala). Considerando desprezível a alteração na largura da fenda com a temperatura, a barra apropriada para este fim deve ser feita de: O volume no interior desse cilindro é 18 litros. Ao ter sua temperatura aumentada de 40 ºC, a placa dilata de forma que sua área aumenta de 72 mm2. Considerando-se = 3, o coeficiente de dilatação linear do material do qual a placa é constituída vale, em ºC–1, a) 5,0 × 10–6 *b) 2,5 × 10–6 c) 5,0 × 10–7 d) 2,5 × 10–7 e) 5,0 × 10–8 a) chumbo, com coeficiente de dilatação linear = 3 × 10–5 °C–1. b) latão, com coeficiente de dilatação linear = 2 × 10–5 °C–1. *c) aço, com coeficiente de dilatação linear = 10–5 °C–1. d) vidro pirex, com coeficiente de dilatação linear = 3 × 10–6 °C–1. e) invar, com coeficiente de dilatação linear = 7 × 10–7 °C–1. [email protected] (10– 7 .m) 22 (UFRN-2010.1) - ALTERNATIVA: 28.A e 29.B Para responder às questões 28 e 29, considere as informações que seguem. A figura 1, abaixo, mostra o esquema de um termostato que utiliza uma lâmina bimetálica composta por dois metais diferentes – ferro e cobre – soldados um sobre o outro. Quando uma corrente elétrica aquece a lâmina acima de uma determinada temperatura, os metais sofrem deformações, que os encurvam, desfazendo o contato do termostato e interrompendo a corrente elétrica, conforme mostra a figura 2. (MACKENZIE/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: B Uma chapa metálica de área 1 m2, ao sofrer certo aquecimento, dilata de 0,36 mm2. Com a mesma variação de temperatura, um cubo de mesmo material, com volume inicial de 1 dm3, dilatará a) 0,72 mm3 d) 0,27 mm3 3 *b) 0,54 mm e) 0,18 mm3 3 c) 0,36 mm (UERJ-2010.1) - RESPOSTA: B = 1×10–2 °C–1 A figura abaixo representa um retângulo formado por quatro hastes fixas. figura 1 figura 2 Questão 28 A partir dessas informações, é correto afirmar que a lâmina bimetálica encurva-se para cima devido ao fato de *a) o coeficiente de dilatação térmica do cobre ser maior que o do ferro. b) o coeficiente de dilatação térmica do cobre ser menor que o do ferro. c) a condutividade térmica do cobre ser maior que a do ferro. d) a condutividade térmica do cobre ser menor que a do ferro. Questão 29 Com base nas informações sobre termostato (Figuras 1 e 2), é correto afirmar que a corrente elétrica é capaz de aquecer a lâmina bimetálica devido a) ao campo elétrico gerado pelo movimento dos elétrons dentro dos metais. *b) aos choques entre os portadores de carga e os íons dos metais. c) ao campo magnético gerado pelo movimento dos elétrons dentro dos metais. d) ao fato de os portadores de carga moverem-se livremente nos metais (VUNESP/FAMECA-2010.1) - ALTERNATIVA: B Sabe-se que a dilatação ( V) de um corpo sólido é função das medidas iniciais desse corpo (Vo), da variação de temperatura ( t) a que ele é submetido e do material de que ele é constituído. O gráfico que melhor representa essa dilatação em função da variação de temperatura é a) d) Considere as seguintes informações sobre esse retângulo: • sua área é de 75 cm2 à temperatura de 20 °C; • a razão entre os comprimentos 0A e 0B é igual a 3; • as hastes de comprimento 0A são constituídas de um mesmo material, e as hastes de comprimento 0B de outro; • a relação entre os coeficientes de dilatação desses dois materiais equivale a 9. Admitindo que o retângulo se transforma em um quadrado à temperatura de 320 °C, calcule, em °C–1, o valor do coeficiente de dilatação linear do material que constitui as hastes menores. (UFC/CE-2010.1) - RESPOSTA: T = 1/ A °C Um triângulo retângulo isósceles é montado com arames de materiais distintos, de modo que nos catetos o material possui coeficiente de dilatação térmica linear A 2 °C–1 , enquanto na hipotenusa o material possui coeficiente de dilatação térmica linear A/ 2 °C–1. Determine a variação de temperatura para que o triângulo torne-se equilátero. (UFJF/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D O gráfico mostra a variação do comprimento l da aresta de um cubo em função da temperatura T . Quando a temperatura varia de 0°C a 100°C , o volume do cubo deve variar de: a) 3,0 cm3 b) 2,0 cm3 c) 5,0 cm3 *d) 6,0 cm3 e) 1,0 cm3 (VUNESP/UFTM-2010.1) - RESPOSTA: a) 4,8.10–2 m2 b) 7,2.10–5 ºC–1 Atendendo ao pedido de uma indústria, uma empresa metalúrgica, especializada em usinagens e cortes de chapas de alumínio, deve providenciar uma chapa desse metal que, colocada ao lado da parede de um forno, sob temperatura de 220 ºC, mantenha-se justa ao encaixe, sem folgas ou esforços, cobrindo uma área de 5,00 m2. Dado: coeficiente de dilatação superficial do alumínio = 4,8.10–5 ºC–1. a) A metalúrgica já possui uma chapa de 5,00 m2, nas dimensões solicitadas pelo cliente, porém, a 20 ºC. Determine a área que deverá ser descartada dessa chapa para que, ao lado do forno, esta cumpra adequadamente sua função. b) Em uma situação semelhante, um bloco de alumínio precisa ser usinado, levando-se em conta o coeficiente de dilatação volumétrica do alumínio. Determine o valor desse coeficiente. *b) e) c) [email protected] 23 (UFBA-2010.1) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO Houve apenas um jogo do basquetebol de alta tecnologia. A ideia, que parecia promissora e que exigiu enormes investimentos, foi logo abandonada. Superatletas foram criados utilizando técnicas de melhoramentos genéticos em células embrionárias dos melhores jogadores e jogadoras de todos os tempos. A bola, confeccionada com um material isolante térmico de altíssima qualidade, era uma esfera perfeita. Os aros das cestas, círculos perfeitos, foram feitos de uma liga metálica, resultado de longa pesquisa de novos materiais. O ginásio de esportes foi reformulado para o evento, com um sistema de climatização ambiental para assegurar que a temperatura se mantivesse constante em 20°C. A plateia, era majoritariamente composta por torcedores do time local, entre os quais foram reconhecidos cientistas premiados e representantes de empresas de alta tecnologia. O jogo estava nos cinco minutos finais e empatado. Aconteceu, então, um grande movimento na plateia. De um lado, os torcedores pedem alimentos e bebidas quentes e iluminam a cesta com lanternas infravermelhas. Do outro, da cesta do time local, todos querem sorvetes e bebidas geladas. Usou-se de todos os meios possíveis, inclusive alterando o sistema de climatização, para aquecer a região em torno da cesta do time visitante e esfriar a do time local. Dois torcedores, representantes da tecnociência, colocados atrás das cestas conversavam ao telefone: — Aqui está 19°C e aí? — Aqui está 21°C, vencemos! Terminado o jogo, o técnico do time visitante desabafou: — Sujaram um bom jogo e mataram uma boa ideia. Explique, qualitativa e quantitativamente, por que os dois torcedores tinham certeza de ter vencido e comente as opiniões do técnico visitante, considerando que o diâmetro da bola e dos aros são iguais, respectivamente, a 230,0mm e a 230,1mm e que o coeficiente de dilatação linear dos aros é 4,8 × 10–4 °C–1. RESPOSTA OFICIAL UFBA-2010.1: Os dois torcedores que conversam ao telefone têm conhecimentos científicos e sabem que os materiais, principalmente os metais, sofrem dilatação ao serem aquecidos. Eles sabem que o diâmetro do aro das cestas de basquetebol, com diâmetro original d0, coeficiente de dilatação linear e submetido a uma variação de temperatura T é dado por d = d0(1+ . T) Ao aquecer de 1ºC o aro da rede no lado do time visitante eles provocaram uma dilatação em seu diâmetro modificando-o para d = 230,1(1+4,8.10–4.(21-20)) = 230,21mm o que facilita a marcação de pontos pelo time local, já que o diâmetro do aro foi aumentado. Por outro lado ao resfriar o aro da cesta em seu lado eles provocaram uma contração deste, reduzindo-o para d = 230,1(1+4,8.10–4.(19-20)) = 229,99mm Com isto o time visitante não conseguirá marcar pontos, uma vez que o aro tem diâmetro menor do que o da bola. As atitudes dos torcedores facilitaram as realizações de pontos para o time local e impossibilitaram a marcação de pontos pelo time adversário. O técnico do time visitante está reclamando dessas atitudes dos anfitriões em utilizar conhecimentos científicos para fraudar o resultado da partida. A ciência, na opinião do técnico, deve ser utilizada de modo ético. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A Um metal de calor específico c e coeficiente de dilatação linear é usado para fazer uma haste de massa M e comprimento L. Se a haste absorve uma quantidade de calor Q, seu comprimento varia de: *a) b) c) d) (ITA/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um quadro quadrado de lado e massa m, feito de um material de coeficiente de dilatação superficial , é pendurado no pino O por uma corda inextensível, de massa desprezível, com as extremidades fixadas no meio das arestas laterais do quadro, conforme a figura. A força de tração máxima que a corda pode suportar é F. A seguir, o quadro é submetido a uma variação de temperatura T, dilatando. Considerando desprezível a variação no comprimento da corda devida à dilatação, podemos afirmar que o comprimento mínimo da corda para que o quadro possa ser pendurado com segurança é dado por a) 2 F b) 2 F c) 2 F d) 2 F *e) 2 F . . . . . (UFG/GO-2010.1) - RESPOSTA: H 15,8 cm Um fio de alumínio ( = 25 × 10–6 °C–1) de 10 m de comprimento está a uma temperatura de 20 °C, e é fixado pelas extremidades entre dois suportes, cuja distância é de 10 m. Um peso é colocado em seu ponto médio, de modo que o fio possa ser considerado reto entre o ponto médio e cada extremidade. Caso o fio seja aquecido, atingindo uma temperatura de 40 °C, ele sofrerá uma dilatação, de modo que o ponto médio estará a uma distância H da horizontal, como mostrado na figura. Nessa situação, qual é o valor de H em centímetros? (VUNESP/FMJ-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um bloco de ferro homogêneo recebeu 2.106 J de calor e, como consequência, sofreu dilatação volumétrica. Considere as seguintes informações sobre o ferro: - coeficiente de dilatação volumétrica = 3,6.10–5 °C–1; -calor específico = 0,5.103 J/(kg.K); -massa específica = 8.103 kg/m3. A variação de volume sofrida por esse bloco, em múltiplos de 10–5 m3, foi de a) 0,3. b) 0,6. c) 0,9. *d) 1,8. e) 3,6. [email protected] 24 (UFLA/MG-2010.1) - ALTERNATIVA OFICIAL: D Uma barra metálica de um material experimental, à temperatura TA, tem comprimento LA. Quando essa barra é aquecida à temperatura TB, sendo TB > TA, tem comprimento LB = 1,331LA. Sabese que a cada aumento de temperatura de 20 K, a barra aumenta seu comprimento em 10%. Então, é CORRETO afirmar que a diferença de temperatura TB – TA é a) 55 K. b) 50 K. c) 65 K. *d) 60 K. (UFT/TO-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um pêndulo harmônico ideal com período de oscilação de 4 segundos é ajustado a uma temperatura t0=0°C. A que temperatura t o pêndulo fica atrasado em t = 1,0 hora por dia se o coeficiente linear de dilatação do fio do pêndulo é = 2 × 10–3 [K–1] ? a) 84,5 °C d) 24,5 °C b) 0,5 °C *e) 44,4 °C c) 22,8 °C (UEL/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: C As linhas férreas são construídas pela junção de segmentos de trilhos, longos e de pequena área transversal, postos em sequência, com um pequeno espaço entre eles. Com base no enunciado e nos conhecimentos sobre termologia, considere as afirmativas a seguir: I. Em dias frios, o espaço entre os segmentos de trilhos diminui. II. Quanto maior o tamanho inicial dos segmentos de trilhos, menor sua dilatação linear com a elevação da temperatura. III. Em dias quentes, a área da seção transversal do segmento de trilho aumenta. IV. Microscopicamente, a dilatação do segmento de trilho devese à maior amplitude de vibração dos seus átomos. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. *c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. DILATAÇÃO DO CORPO OCO E DA ÁGUA (UNICENTRO/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: E Assinale a alternativa correta. a) Uma máquina térmica não pode ter rendimento igual a 1 (um), principalmente porque há sempre troca de calor entre os componentes da máquina. b) O movimento incessantes das moléculas de um gás foi admitido sem demonstração experimental por parecer lógico e indemonstrável por intermédio de experimentos. c) Temperatura de um corpo é a grandeza que indica a energia de agregação das moléculas. d) Enche-se uma garrafa completamente com água à temperatura de 4,0 °C. A seguir, sem tampar a garrafa, esfria-se o sistema até atingir 0 °C, sem congelamento. Neste processo o líquido não transborda. *e) Acima da temperatura crítica um fluido não apresenta transição física alguma. (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: C De maneira geral, se a temperatura de um líquido comum aumenta, ele sofre dilatação. O mesmo não ocorre com a água, se ela estiver a uma temperatura próxima a de seu ponto de congelamento. O gráfico mostra como o volume específico (inverso da densidade) da água varia em função da temperatura, com uma aproximação na região entre 0°C e 10°C, ou seja, nas proximidades do ponto de congelamento da água. DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS (VUNESP/UNICISAL-2010.1) - ALTERNATIVA: D A cidade do Rio de Janeiro foi escolhida para sediar os jogos olímpicos de 2016. Dentre os esportes que compõem os jogos, a natação sempre se destaca, sendo praticada em piscinas de 50m de extensão. Há, porém, piscinas de 25 m usadas para treinamento e, às vezes, também em competições. Considere uma piscina semiolímpica, de 25 m de comprimento por 10 m de largura e 2 m de profundidade, cheia de água a temperatura ambiente de 18°C. Deseja-se aquecê-la até 30°C, temperatura considerada ideal para a prática da natação. Para evitar dissipação para o ar, a piscina é coberta por uma grande lona isolante durante o aquecimento. Nesse aquecimento, observa-se que o volume de água aumenta em cerca de 1%. Pode-se concluir que o coeficiente de dilatação volumétrica da água vale, em °C–1, aproximadamente, a) 1,2 . 10–3. *d) 8,3 . 10–4. –4 b) 1,2 . 10 . e) 8,3 . 10–5. –3 c) 8,3 . 10 . (UNICENTRO/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um recipiente de cobre tem capacidade de 1,0 litro a 0 °C. Considere: – densidade do mercúrio a 0 °C = 13,60 g/cm3; – coeficiente de dilatação real do mercúrio = 180.10–6 °C–1; – coeficiente de dilatação linear do cobre = 17.10–6 °C–1. Nas alternativas abaixo são dados valores de temperatura, assinale aquele para o qual o recipiente não mais comporta 13,50 kg de mercúrio. a) 11,76 °C. d) 48,5 °C. b) 27,12 °C. *e) 57,6 °C c) 33,7 °C. HALLIDAY & RESNICK. Fundamentos de Física: Gravitação, ondas e termodinâmica. v.2. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1991. A partir do gráfico, é correto concluir que o volume ocupado por certa massa de água a) diminui em menos de 3% ao se resfriar de 100°C a 0°C. b) aumenta em mais de 0,4% ao se resfriar de 4°C a 0°C. *c) diminui em menos de 0,04% ao se aquecer de 0°C a 4°C. d) aumenta em mais de 4% ao se aquecer de 4°C a 9°C. e) aumenta em menos de 3% ao se aquecer de 0°C a 100°C. [email protected] 25 (VUNESP/FTT-2010.1) - ALTERNATIVA: D Embora seja o líquido mais comum na natureza, a água é uma substância que apresenta uma grande quantidade de anomalias. Muitas de suas propriedades não são encontradas em outros líquidos e em substâncias aparentemente similares. Entretanto, são justamente essas singulares propriedades que fazem da água um líquido essencial para a vida do planeta, dos seres humanos, dos animais, das plantas e até das bactérias. (fma.if.usp.br. Adaptado) VESTIBULARES 2010.2 DILATAÇÃO DOS SÓLIDOS (FEI/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: E Uma barra metálica a 30 ºC possui comprimento = 2,0 m. Sabendo-se que o coeficiente de dilatação linear da barra é = 2 × 10–3 ºC–1, em qual temperatura o comprimento da barra terá variado 2%? a) 33 ºC b) 10 ºC c) 28 ºC d) 30 ºC *e) 40 ºC (MACKENZIE/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: C Uma placa de alumínio (coeficiente de dilatação linear do alumínio = 2 × 10–5 °C–1), com 2,4 m2 de área à temperatura de –20°C, foi aquecido à 176°F. O aumento de área da placa foi de a) 24 cm2 b) 48 cm2 *c) 96 cm2 d) 120 cm2 e) 144 cm2 Uma dessas anomalias é a diminuição de seu volume com o aquecimento, no intervalo de 0 a 4 °C, como mostrado no gráfico. Considere que uma massa constante de água seja resfriada de 30 °C a 0 °C, permanecendo sempre no estado líquido. Pode-se afirmar que, nesse processo, a densidade da água a) aumenta o tempo todo. b) diminui o tempo todo. c) inicialmente diminui, depois aumenta. *d) inicialmente aumenta, depois diminui. e) permanece constante. (UFG/GO-2010.1) - RESPOSTA: T = 349,0 °C Deseja-se acoplar um eixo cilíndrico a uma roda com orifício circular. Entretanto, como a área da secção transversal do eixo é 2% maior que o do orifício, decide-se resfriar o eixo e aquecer a roda. O eixo e a roda estão inicialmente à temperatura de 30 °C. Resfriando-se o eixo para –20 °C, calcule o acréscimo mínimo de temperatura da roda para que seja possível fazer o acoplamento. O eixo e a roda são de alumínio, que tem coeficiente de dilatação superficial de 5,0 × 10–5 °C–1. DILATAÇÃO DOS LÍQUIDOS (UNESP-2010.2) - ALTERNATIVA: C Nos últimos anos temos sido alertados sobre o aquecimento global. Estima-se que, mantendo-se as atuais taxas de aquecimento do planeta, haverá uma elevação do nível do mar causada, inclusive, pela expansão térmica, causando inundação em algumas regiões costeiras. Supondo, hipoteticamente, os oceanos como sistemas fechados e considerando que o coeficiente de dilatação volumétrica da água é aproximadamente 2 × 10–4 ºC–1 e que a profundidade média dos oceanos é de 4 km, um aquecimento global de 1 ºC elevaria o nível do mar, devido à expansão térmica, em, aproximadamente, a) 0,3 m. b) 0,5 m. *c) 0,8 m. d) 1,1 m. e) 1,7 m. DILATAÇÃO DO CORPO OCO E DA ÁGUA (IF/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: C Numa cozinha localizada ao nível do mar, um litro de água é colocado dentro de uma panela de alumínio para aquecer sob a chama de um fogão. Considerando a panela sem tampa e a pressão atmosférica constante no local, são feitas as seguintes afirmativas: I. O calor que passa do alumínio para a água é conhecido por convecção. II. A temperatura de fervura da água será superior, se o aquecimento for feito na cidade de São Paulo, nas mesmas condições do experimento. III. As bolhas que aparecem na fervura caracterizam o processo de calor por condução. IV Durante o aquecimento, a “boca” da panela de alumínio se dilata, aumentando seu diâmetro. É correto o que se afirma apenas em: a) I. b) II. *c) IV. d) II e III. e) I e IV. [email protected] 26 (PUC/RS-2010.2) - ALTERNATIVA: C As variações de volume de certa quantidade de água e do volume interno de um recipiente em função da temperatura foram medidas separadamente e estão representadas no gráfico abaixo, respectivamente, pela linha contínua (água) e pela linha tracejada (recipiente). (IF/CE-2010.2) - ALTERNATIVA: D Um volume de um líquido A foi colocado em um recipiente e, ao mesmo tempo, um volume de um líquido B foi colocado em outro recipiente, totalizando um volume total V dos dois líquidos. Os dois recipientes foram aquecidos simultaneamente pela mesma fonte e durante o mesmo tempo. No final do processo, observouse que o volume total V dos dois líquidos não foi alterado. É CORRETO afirmar que: a) o líquido A é o mesmo líquido B. b) este processo nunca pode ocorrer. c) sempre que aquecido todo líquido aumenta de volume. *d) um dos líquidos pode ser água. e) um dos líquidos é o mercúrio. Estudantes, analisando os dados apresentados no gráfico, e supondo que a água seja colocada dentro do recipiente, fizeram as seguintes previsões: I. O recipiente estará completamente cheio de água, sem haver derramamento, apenas quando a temperatura for 4°C. II. A água transbordará apenas se sua temperatura e a do recipiente assumirem simultaneamente valores acima de 4°C. III. A água transbordará se sua temperatura e a do recipiente assumirem simultaneamente valores acima de 4°C ou se assumirem simultaneamente valores abaixo de 4°C. A(s) afirmativa(s) correta(s) é/são: a) I, apenas. b) I e II, apenas. *c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III. (ACAFE/SC-2010.2) - ALTERNATIVA: B Uma pessoa compra um anel de vedação de borracha para a tampa de uma panela de pressão, mas verifica que o anel fica um pouco folgado na tampa - o diâmetro é um pouco maior. No intuito de ajustar o anel a tampa (ambos a temperatura ambiente) e conseguir uma boa vedação, a pessoa deverá ________o anel de borracha e _________ a tampa da panela de pressão. Assinale a alternativa correta que completa as lacunas da frase acima. a) aquecer - resfriar *b) resfriar - aquecer c) manter a temperatura ambiente - resfriar d) aquecer - manter a temperatura ambiente (UEM/PR-2010.2) - RESPOSTA: SOMA = 25 (01+08+16) Quando uma moeda homogênea que possui um orifício circular concêntrico tem sua temperatura elevada em 1.000 ºC, seu diâmetro externo aumenta 0,1%. Nessa situação, é correto afirmar que 01) a espessura da moeda também aumenta 0,1%. 02) a área superficial da moeda também aumenta 0,1%. 04) o volume da moeda também aumenta 0,1%. 08) o diâmetro do orifício da moeda também aumenta 0,1%. 16) o coeficiente de dilatação linear da moeda é 10–6 °C–1. (UECE-2010.2) - ALTERNATIVA: A Um ferreiro deseja colocar um anel de aço ao redor de uma roda de madeira de 1,200 m de diâmetro. O diâmetro interno do anel de aço é 1,198 m. Sem o anel ambos estão inicialmente à temperatura ambiente de 28 °C. A que temperatura é necessário aquecer o anel de aço para que ele encaixe exatamente na roda de madeira? (OBS.: Use = 1,1 × 10–5 °C–1 para o aço). *a) 180 °C. c) 290 °C. b) 190 °C. d) 480 °C. [email protected] 27 tópico 7: transformações gasosas VESTIBULARES 2010.1 (UNICENTRO/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: D Realiza-se uma mistura de ar e hidrogênio, na proporção volumétrica 70% de ar e 30% de hidrogênio. Em condições normais de temperatura e pressão a densidade do ar é 1,3 g/l; a densidade do hidrogênio em relação ao ar é 0,069. A uma determinada temperatura T a densidade da mistura é igual a 2,0 g/l, sob pressão de 2,0 atm. O valor que mais se aproxima de T em °C é a) 18. b) 150. c) 255. *d) –18. e) – 255. (UNICENTRO/PR-2010.1) - ALTERNATIVA OFICIAL: C Um determinado recipiente de capacidade constante V = 20,0 L contém uma quantidade de hidrogênio de massa m = 2,0 g, sob pressão p = 1,23 atm. Sendo cv = 2,42 atm.L/mol.K o calor específico do hidrogênio a volume constante. Seja a constante universal dos gases R = 0,082 atm.L/mol.K. A quantidade de calor que se deve fornecer ao hidrogênio contido no recipiente, para que sua pressão seja elevada ao dobro vale a) 14,52 cal. b) 142,5 cal. c) 1452 cal. d) 2904 cal. e) 14520 cal. OBS.: O calor específico do hifrogênio é cv = 2,42 cal/(g.oC). (UEL/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: A Um recipiente cilíndrico, de paredes termicamente isoladas, com tampa móvel sem atrito e de peso desprezível (êmbolo) contêm o volume V0 de gás ideal, em equilíbrio à pressão atmosférica P0 = 105 N/m2 e temperatura T0. O recipiente é colocado no fundo de um tanque que contêm água com densidade = 103 kg/m3. Após determinado tempo, o sistema atinge uma configuração de equilíbrio com o gás ocupando o volume de V1 = V0 e o êmbolo a uma profundidade y = 40 m da superfície d’água, como esquematizado na figura a seguir. Adote g = 10 m/s2. (UFRN-2010.1) - ALTERNATIVA: D A transformação termodinâmica b c , ilustrada no diagrama PV da figura ao lado, constitui um dos processos do ciclo Otto, utilizado em motores de combustão interna de automóveis a gasolina. No diagrama, P representa a pressão na câmara de combustão, e V o volume da câmara. Esse processo ocorre quando, no instante da queima da mistura ar-gasolina contida na câmara de combustão, fornece-se calor ao sistema, produzindo-se a) aumento da pressão interna, com variação do volume da câmara. b) diminuição da pressão interna, sem variação do volume da câmara. c) diminuição da pressão interna, com variação do volume da câmara. *d) aumento da pressão interna, sem variação do volume da câmara. (UDESC-2010.1) - RESPOSTA: V = 53 cm3 Um mergulhador está no fundo de um lago a 40 m de profundidade, quando libera uma bolha de ar com volume de 10cm3 (a temperatura nesta profundidade é 4,0°C). A bolha sobe até a superfície, onde a temperatura é 20°C. Considere a temperatura da bolha como sendo igual à da água em sua volta. Assim que a bolha atinge a superfície, qual é o seu volume? (Considere a densidade da água = 1000 kg/m3, a pressão atmosférica igual a P = 1 × 105 Pa e g = 10 m/s2) (UFAL-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um gás ideal possui, inicialmente, volume V0 e encontra-se sob uma pressão p0. O gás passa por uma transformação isotérmica, ao final da qual o seu volume torna-se igual a V0 2. Em seguida, o gás passa por uma transformação isobárica, após a qual seu volume é 2V0. Denotando a temperatura absoluta inicial do gás por T0, a sua temperatura absoluta ao final das duas transformações é igual a: a) T0 4 b) T0 2 c) T0 d) 2T0 *e) 4T0 (VUNESP/UEA-2010.1) - ALTERNATIVA: D (OBS.: Considerando que a temperatura seja constante com a altitude, o que não corresponde a realidade e não é citado no enunciado) O volume de um gás em um balão meteorológico, que coleta dados para a previsão do tempo, aumentará à medida que ele subir para a atmosfera mais alta, onde a pressão atmosférica é mais baixa que na superfície da Terra. Qual a lei dos gases que está implícita no parágrafo citado? a) Lei de Charles: V/T = constante. b) Lei de Avogadro: V = constante x n. c) Lei de Boyle: V/T = constante. *d) Lei de Boyle: PV = constante. e) Lei de Graham: Efusão e difusão do gases. (PUC/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: C Seja um mol de um gás ideal a uma temperatura de 400 K e à pressão atmosférica po. Esse gás passa por uma expansão isobárica até dobrar seu volume. Em seguida, esse gás passa por uma compressão isotérmica até voltar a seu volume original. Qual a pressão ao final dos dois processos? a) 0,5 po b) 1,0 po *c) 2,0 po d) 5,0 po e) 10,0 po A temperatura do gás no interior do cilindro submerso: *a) aumentará atingindo o valor T1 = T0. b) permanecerá a mesma, já que o recipiente é termicamente isolado, portanto T0 = T1. c) diminuirá devido o peso da coluna d’água acima do êmbolo, portanto T1 < T0. d) diminuirá atingindo o valor T1 = T0. O gás no interior do recipiente é submetido a uma transformação isobárica; a diminuição do volume é causada pelo deslocamento do êmbolo devido ao peso da coluna d’água. e) aumentará atingindo o valor T1 = T0. [email protected] 28 (UFPE-2010.1) - RESPOSTA: Vf Vi = 6,0 Um operário está fazendo manutenção em uma plataforma marítima de petróleo na profundidade de 50 m, quando uma pequena bolha de ar, de volume Vi, é liberada e sobe até a superfície. O aumento da pressão em função da profundidade está representado no gráfico abaixo. (UEM/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) O desenho abaixo representa um recipiente cilíndrico que é aberto na parte superior, hermeticamente fechado na parte inferior e vedado com auxílio de um êmbolo que pode ser deslocado verticalmente. O recipiente contém 4 g do gás H2 que se encontra a uma temperatura de –73°C. Considere o H2(g) um gás ideal e desconsidere a pressão atmosférica e o atrito entre o êmbolo e as paredes do recipiente. Sobre o exposto, assinale o que for correto. (Dados: constante dos gases = 8,314 Pa.m3mol–1.K–1, aceleração da gravidade = 10,0 m.s–2, = 3,1.) Considerando o gás da bolha como ideal e que a temperatura da água não varia entre a superfície e a profundidade de 50 m, calcule a razão Vf Vi entre o volume final Vf da bolha e o volume inicial Vi. (UERJ-2010.1) - RESPOSTA: Q = 4356 cal Um recipiente indeformável, de volume V igual a 15 L, contém 3g de hidrogênio submetidos a uma pressão inicial de 2,46 atm. Considerando que o hidrogênio possa ser tratado como um gás ideal, determine, em calorias, a quantidade de calor necessária para que sua pressão triplique. Dados: • calor específico do hidrogênio: 2,42 cal/(g°C) • constante universal dos gases: 0,082 atm.L /(mol.K) • massa molar do hidrogênio: 2 g/mol (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 09 (01+08) Sobre o processo de variação da temperatura de um sistema, assinale o que for correto. 01) O congelamento da água provoca expansão do seu volume. 02) Mantendo-se a pressão de um determinado volume de gás e variando sua temperatura, o volume permanece constante. 04) Durante o processo de ebulição necessariamente ocorre o aumento da temperatura. 08) Se for elevada a temperatura de um sólido, o seu volume sofre um acréscimo proporcional ao aumento da temperatura. (UFJF/MG-2010.1) - ALTERNATIVA : A Uma bola de futebol impermeável e murcha é mantida num ambiente hermeticamente fechado. O ar é extraído lentamente do ambiente até que a bola readquira sua forma esférica. Se o processo for isotérmico e se o ar puder ser tratado como um gás ideal, é CORRETO afirmar que: *a) a pressão do ar dentro da bola diminui. b) a pressão do ar dentro da bola não se altera. c) a pressão do ar dentro da bola aumenta. d) a densidade do ar dentro da bola aumenta. e) o peso do ar dentro da bola diminui. (UFC/CE-2010.1) - RESPOSTA: a) VA = 2SL/3 e VB= SL/3 b) L/6 Um cilindro de área de seção reta S e comprimento L, completamente isolado, é dividido em partições A e B, ambas de volumes iguais, por uma parede diatérmica, móvel e impermeável. Cada partição é preenchida com um gás ideal, de modo que a partição A possui o dobro do número de mols da partição B. Ambas as partições encontram-se em uma mesma temperatura T durante o processo. Despreze quaisquer efeitos de atrito e, quando o sistema estiver em equilíbrio, determine: a) os volumes das partições A e B em função de S e L. b) o módulo do deslocamento da parede em função de L. 01) Para que o êmbolo não se movimente nem para cima e nem para baixo, sua massa deve ser aproximadamente 27,7 Kg. 02) Se a massa do êmbolo fosse igual a 25 Kg, a temperatura do gás deveria ser aproximadamente – 92,6°C para que não houvesse movimento vertical do êmbolo. 04) Ao se elevar a temperatura do gás para 0°C, o êmbolo se deslocará aproximadamente 4,4 m para cima para manter-se a mesma pressão inicial. 08) Ao se alterar a temperatura para – 88°C, o êmbolo se deslocará para baixo. 16) Ao se aumentar a temperatura e a pressão interna do gás, o êmbolo se deslocará para baixo. (VUNESP/FMJ-2010.1) - RESPOSTA: a) P = 1,0 atm b) = 4% Uma bola de futebol contém, à temperatura ambiente de 27 °C, n0 mols de ar sob pressão de 0,8 atm. Um garoto, desejando jogar com a bola um pouco mais cheia, injeta nela mais 0,25n0 mol de ar, que pode ser considerado um gás ideal, por meio de uma bomba. Nesse processo, o volume da bola não foi alterado. a) Considerando que o processo tenha sido isotérmico, determine a pressão final do ar dentro da bola, em atm. b) Suponha que, depois de cheia, a bola tenha sido esquecida pelo garoto no quintal, num dia em que a temperatura ambiente tenha caído a 12 °C. Considerando que o ar dentro da bola tenha entrado em equilíbrio térmico com o ambiente, que o volume da bola não tenha variado e que não tenha havido vazamento de ar, determine a redução percentual de pressão dentro da bola devido a esse resfriamento. [email protected] 29 (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D O gráfico abaixo mostra a variação da pressão (P) em função da temperatura (T) sofrida por um gás ideal durante uma transformação termodinâmica. (IF/CE-2010.1) - ALTERNATIVA: C Um gás monoatômico, em condições de baixa pressão e alta temperatura, apresenta uma temperatura Ti, uma pressão Pi e está encerrado em um volume Vi. Este gás sofre uma transformação isobárica onde sua temperatura final vale Tf. Seu volume Vf, ao final do processo, é dado por a) Vf = Vi. Ti/ Tf b) Vf = Vf . Pi / Ti *c) Vf = Vi . Tf / Ti d) Vf = Vi e) Vf = Vi . Pf / Ti Dos gráficos abaixo, relativos à variação de pressão (P) em função do volume (V) para este gás, assinale aquele que mostra esta mesma transformação termodinâmica: a) b) c) *d) (UFU/MG-2010.1) - RESPOSTA: a) F = 500 °C b) V = – 10 L c) pF 4,2 atm Uma barra de 10 kg de um determinado metal a 600 ºC é colocada dentro de um recipiente com paredes adiabáticas de volume 273 L. Inicialmente, dentro do recipiente, há 1.000 g de certo gás perfeito à pressão de 1 atmosfera e à temperatura de 0 ºC. Nessas condições, determine: a) A temperatura final da barra de metal, sabendo-se que o calor específico do metal e do gás são dados, respectivamente, por cM = 0,1 cal/(g°C) e cgás = 0,2 cal/(g°C). b) A variação de volume da barra de metal, dado que o seu coeficiente de dilatação linear e a sua densidade inicial são, respectivamente, M = (10/3) × 10–4 °C–1 e M = 1,0 × 102 Kg/m3. c) A pressão final do gás (aproximada até a primeira casa decimal), admitindo que o volume do recipiente não se altera. (UNICAMP/SP-2010.1) - RESPOSTA: V 61,7 litros Numa viagem intercontinental um avião a jato atinge uma altitude de cruzeiro de cerca de 10 km. Os gráficos abaixo mostram as curvas da pressão (P) e da temperatura (T) médias do ar atmosférico em função da altitude para as camadas inferiores da atmosfera. Usando os valores de pressão e temperatura desses gráficos e considerando que o ar atmosférico se comporta como um gás ideal, encontre o volume de um mol de ar a 10 km de altitude. A constante universal dos gases é R = 8,3 J/(mol.K). [email protected] 30 VESTIBULARES 2010.2 (UDESC-2010.2) - ALTERNATIVA: D A constante universal dos gases, R, cujo valor depende das unidades de pressão, volume e temperatura, não pode ser medida em uma das unidades representadas abaixo. Assinale-a. a) N.m–2.mol–1.K–1.m3 b) atm.litro.mol–1.K–1 c) J.mol–1.K–1 *d) atm.litro.mol.K–1 e) N.m.mol–1.K–1 (UNIMONTES/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: A Um quarto de dimensões 3m × 4m × 3m está preenchido com ar a uma pressão de 1 atm 1,0 × 105 Pa e à temperatura de 16 °C. Considere a massa molar equivalente do ar igual a 28,9 g/ mol. A massa de ar no quarto é igual a, aproximadamente, *a) 43 kg. b) 23 g. Dado: R = 8,31 J/(mol·K) c) 43 g. d) 23 kg. (UERJ-2010.2) - ALTERNATIVA: B A bola utilizada em uma partida de futebol é uma esfera de diâmetro interno igual a 20 cm. Quando cheia, a bola apresenta, em seu interior, ar sob pressão de 1,0 atm e temperatura de 27 ºC. Considere = 3, R = 0,080 atm.L.mol–1.K–1 e, para o ar, comportamento de gás ideal e massa molar igual a 30 g.mol–1. No interior da bola cheia, a massa de ar, em gramas, corresponde a: a) 2,5 *b) 5,0 c) 7,5 d) 10,0 (UDESC-2010.2) - RESPOSTA: a) x1/x0 = 4/3 b) F = 200 N c) p 1.33 × 105 Pa Dentro de um cilindro vertical há um gás ideal à temperatura de 27 °C. Um pistão móvel de massa desprezível mantém o gás confinado em equilíbrio com a pressão atmosférica. Nesta temperatura a altura do pistão até a base do cilindro é x0. O gás, então, é aquecido lentamente, de modo que sua pressão interna permanece constante. Quando a temperatura de equilíbrio do gás atinge 127 °C, a altura do pistão é x1, conforme mostra a figura abaixo. (CEFET/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: C Os pneus de um carro foram calibrados a uma pressão p, em uma noite fria, quando a temperatura era de 17 ºC. No dia seguinte, depois de rodar bastante e já com o dia quente, o motorista, ao medir a pressão dos pneus, encontrou um resultado 10% maior. Se o volume dos pneus não se alterou, então, a temperatura do ar, em °C, no momento da segunda calibragem, era igual a a) 17. b) 27. *c) 46. d) 290. e) 319. (IF/SP-2010.2) - ALTERNATIVA: A Uma determinada amostra de gás ideal foi submetida a transformações gasosas que obedecem ao gráfico de Pressão (P) por Volume (V) conforme monstrado a seguir. De acordo com a sequência dessas transformações, os estados de maior e menor temperatura foram, respectivamente, os pontos *a) B e C. b) A e D. c) C e B. d) D e E. e) E e A. (UEG/GO-2010.2) - RESPOSTA: a) n = 0,5 mol b) m = 16 g Uma bola de futebol de volume constante de 2,73 L é cheia com oxigênio gasoso até alcançar a pressão interna de 4,1 atm a 0°C. De acordo com estas informações, determine: Dados: Massa Molar do O2 = 32 g.mol–1 R = 0,082 atm.L.mol–1. K–1 a) o número de mols do gás, na bola; b) a massa do gás, na bola. (UECE-2010.2) - QUESTÃO ANULADA (RESPOSTA: 30 m) Uma bolha de ar, com o comportamento de gás ideal, foi solta do fundo do mar por um mergulhador e se expandiu 4 vezes até chegar à superfície. Assumindo a pressão atmosférica igual a 100 kPa, a densidade da água do mar constante e igual a 1000 kg/m3 e desconsiderando variações de temperatura, a profundidade, em metros, do mergulhador ao soltar a bolha é aproximadamente a) 2,5. b) 4. c) 25. d) 40. Em relação ao contexto: a) Calcule a razão x1/x0. b) Calcule a força exercida pelo gás sobre o pistão, sabendo que sua área é 20,0 cm2. c) No caso de o pistão permanecer fixo à altura x0, e o gás ser aquecido lentamente até atingir a temperatura de equilíbrio 127 °C, qual seria o valor final da pressão? Dado: pressão atmosférica = 1,0 × 105 Pa. [email protected] 31 tópico 8: trabalho da força de pressão VESTIBULARES 2010.1 (PUC/RJ-2010.1) - RESPOSTA: a) WAB = 0; WBC = 2490 J e WCA = – 1245 J b) TA = 300 K; TB = 900 K e TC = 600 K c) QAB = 3000 J e QCA = – 2250 J Um motor contendo 0,5 mol de um gás ideal com p0 = 150 kPa e V0 = 8,3 litros funciona de acordo com o ciclo mostrado na figura abaixo. O percurso de A a B é isocórico. Entre os pontos B e C a pressão diminui linearmente com o volume. Entre C e A o percurso é isobárico. Considerando que as capacidades de calor molar do gás são cv = 10,0 J/(mol.K) (a volume constante); cp= 15,0 J/ (mol.K) (a pressão constante), e a constante dos gases R = 8,3 J/(mol.K). Determine: a) o trabalho realizado pelo motor durante as etapas AB, BC e CA do processo; b) as temperaturas nos pontos A, B e C; c) o calor absorvido durante as etapas AB e CA. (VUNESP/UFTM-2010.1) - RESPOSTA: a) AB isobárica e BC isocórica b) W = 6 × 102 J Ao realizar um ciclo completo, uma máquina térmica obedece ao padrão traçado graficamente. (UESPI-2010.1) - ALTERNATIVA: D A pressão e o volume de um gás são denotados respectivamente por p e V. O gás passa por uma transformação termodinâmica ilustrada num diagrama p versus V. Assinale o único diagrama a seguir que representa uma transformação em que trabalho é realizado sobre o gás. a) b) Sabendo que o gás utilizado pela máquina é muito próximo do ideal, a) nomeie, adequadamente, as transformações ocorridas entre as etapas que ligam os pontos A e B, e entre os pontos B e C. b) determine o trabalho útil dessa máquina no decorrer de um ciclo completo. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um gás ideal contendo dois moles de moléculas está, inicialmente, a 400 K, ocupando um volume de 1 m3. O trabalho realizado pelo gás, ao variar seu volume para 3 m3 em um processo isobárico, é igual a a) 6.648 J. b) 8.468 J. Dado: R = 8,31 J/(mol.K) c) 12.000 J. *d) 13.296 J. c) *d) e) V (VUNESP/UNICASTELO-2010.1) - ALTERNATIVA: A Uma máquina térmica opera segundo o ciclo ABCDA, representado na figura, executando 10 ciclos a cada segundo. A potência desenvolvida por essa máquina, em kW, é P(105 N/m2) V(10–3 m3) *a) 10. b) 20. c) 45. d) 50. e) 90. [email protected] 32 VESTIBULARES 2010.2 (UECE-2010.2) - ALTERNATIVA: C No diagrama P-V a seguir, quatro processos termodinâmicos cíclicos executados por um gás, com seus respectivos estados iniciais, estão representados. O processo no qual o trabalho resultante, realizado pelo gás é menor é o a) I. b) J. *c) K. d) L. (VUNESP/UFTM-2010.2) - RESPOSTA: a) 200% b) W = – 400J O gráfico representa a variação da pressão em função do volume ocupado por um gás ideal no interior de uma câmara fechada, que pode ter seu volume alterado pelo movimento de um pistão, controlado por uma trava. Com o aumento da temperatura no interior da câmara, a pressão aumenta até um valor máximo, o que provoca o destravamento do pistão. A partir desse momento, o pistão movimenta-se, diminuindo a pressão no interior da câmara e aumentando o volume ocupado pelo gás ideal. P (105 Pa) 3 2 1 0 1 2 3 4 5 V (10–3 m3) a) Se no ponto A a temperatura do gás ideal era de 500 K, determine o aumento percentual da temperatura do gás ideal no ponto B. b) Determine o trabalho mínimo, em joules, que deve ser realizado sobre o pistão para que o volume do gás ideal, a partir do ponto C, retorne ao ponto A. [email protected] 33 tópico 9: leis da termodinâmica VESTIBULARES 2010.1 1a LEI DA TERMODINÂMICA (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 06 (02+04) Quanto à transferência de energia térmica, assinale o que for correto. 01) Corpos diferentes apresentarão temperaturas diferentes após recebimento de calor num determinado tempo. 02) A energia cinética média das partículas individuais está diretamente relacionada com a temperatura de uma substância. 04) Quanto maior o calor específico de uma substância, maior será a dificuldade em fazer variar a sua temperatura. 08) O calor específico é de maior valor nas substâncias sólidas do que nas substâncias líquidas. (VUNESP/UNISA-2010.1) - ALTERNATIVA: C Um recipiente, fechado por um êmbolo móvel, contém gás ideal em seu interior. Ao mover o êmbolo, de forma a aumentar o volume desse gás mantendo sua temperatura constante, pode-se dizer que, para o sistema gasoso contido no interior desse recipiente, a energia interna e a pressão exercida, respectivamente, irão a) diminuir e diminuir. b) aumentar e diminuir. *c) ficar constante e diminuir. d) ficar constante e ficar constante. e) diminuir e aumentar. (FEI/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um gás ideal sofre uma transformação isobárica. Sobre esta transformação podemos afirmar que variam: a) pressão, volume e temperatura. b) pressão, volume e energia interna. c) pressão, temperatura e energia interna. *d) volume, temperatura e energia interna. e) volume, temperatura e número de moles. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Numa compressão isotérmica, o trabalho realizado sobre o gás é 800J. O calor cedido pelo gás no processo e a variação da energia interna, em Joules, são iguais, respectivamente, a a) 800, 800. b) 800, 800. c) zero, 800. *d) 800, zero. (UFC/CE-2010.1) - ALTERNATIVA: B Dois sistemas termodinâmicos completamente isolados estão separados entre si por uma parede diatérmica (que permite a passagem de energia), impermeável (que não permite o fluxo de partículas) e fixa. No equilíbrio termodinâmico, tais sistemas são caracterizados por apresentarem: a) mesma energia e mesma temperatura. *b) diferentes energias e mesma temperatura. c) mesma energia e diferentes temperaturas. d) energia igual a zero e mesma temperatura. e) diferentes energias e diferentes temperaturas. (CEFET/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A Sendo U a energia interna, Q o calor trocado com a vizinhança e W o trabalho realizado em uma expansão adiabática livre (pressão nula) de um gás ideal, é correto afirmar que *a) U = 0, Q = 0, W = 0. b) U = 0, Q 0, W 0. c) U 0, Q = 0, W = 0. d) U 0, Q = 0, W 0. e) U 0, Q 0, W = 0. (FGV/RJ-2010.1) - ALTERNATIVA: E Ao realizar um trabalho de 80 mil calorias, um sistema termodinâmico recebeu 60 mil calorias. Pode-se afirmar que, nesse processo, a energia interna desse sistema a) se conservou. b) aumentou 60 mil calorias. c) diminuiu 80 mil calorias. d) aumentou 20 mil calorias. *e) diminuiu 20 mil calorias. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: B Um gás ideal, com um volume inicial de 0,50 dm3 e sob pressão inicial de 1,0 × 105 N/m2 , sofre a transformação cíclica representada no diagrama PV abaixo. O trabalho realizado, a variação de energia interna e o calor absorvido no ciclo, em Joules, valem, respectivamente, a) zero, 600, 400. *b) 600, zero, 600. c) 400, 400, 600. d) 400, 600, zero. (CEFET/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: B O gráfico abaixo representa a transformação ab sofrida por um gás ideal. Do estado inicial a até o estado final b, o trabalho realizado por esse gás ideal é igual a(o) a) calor cedido à vizinhança. *b) área hachurada na figura. c) produto (pa.Va).(pb.Vb). d) sua energia interna. e) soma pa.Va + pb.Vb. (UFRN-2010.1) - RESPOSTA: a) adiab., isovolumétrica, adiab. e isovolumétrica b) 120 J As transformações termodinâmicas ilustradas no diagrama PV da figura ao lado constituem o modelo idealizado do ciclo Otto, utilizado em motores de combustão interna de automóveis a gasolina. No diagrama, P representa a pressão na câmara de combustão, e V o volume da câmara. Suponha que, na transformação b c , 200 J de calor sejam fornecidos a partir da queima da mistura ar-gasolina contida na câmara de combustão e que 80 J de calor tenham sido liberados, durante a exaustão, na transformação d a . Dados: • No ciclo Oto, é possível ocorrerem os seguintes tipos de transformações: transformações isovolumétricas, expansão adiabática e compressão adiabática. • Primeira lei da Termodinâmica: U = Q – W , onde U é a variação da energia interna do sistema, Q é o calor total trocado pelo sistema, e W é o trabalho total realizado. A partir dessas informações, a) identifique as transformações que ocorrem entre os estados (a b ), ( b c ), ( c d ) e ( d a ). b) determine o trabalho realizado no ciclo Otto completo. [email protected] 34 (UFPB-2010.1) - RESPOSTA: I, II, III e V Certa quantidade de gás ideal monoatômico é levada do estado A para o estado C através de uma transformação isotérmica AB, seguida de uma transformação isobárica BC, como indicado no gráfico. No processo completo ABC, o gás recebe 2 J de calor do meio ambiente. Sabemos, também, que a variação da energia interna no processo BC é de 0,6 J. (UEL/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: E Os diagramas PV a seguir representam o comportamento de um gás: Com relação às transformações realizadas nesse processo, identifique as afirmativas corretas: I. A variação da energia interna no processo AB é nula. II. O trabalho realizado pelo gás no processo BC é de 0,4 J. III. O trabalho realizado pelo gás no processo AB é de 1,0 J. IV. A variação da energia interna no processo ABC é de 0,8 J. V. O calor absorvido no processo BC é de 1 J. (UDESC-2010.1) - RESPOSTA: a) 200 cal b) 0,25 cal/(g°C) c) 1500 cal A energia interna de 2 moles (8 g) de gás hélio, mantidos em um recipiente a volume constante, varia com o aumento da temperatura, conforme descrito no gráfico abaixo: É correto afirmar: a) O diagrama (a) representa um processo isotérmico com a temperatura inicial maior que a temperatura final. b) Os diagramas (a) e (b) resultam no mesmo trabalho realizado pelo sistema após a expansão. c) O diagrama (b) representa um processo adiabático. d) O diagrama (c) representa um processo isobárico. *e) O diagrama (c) representa um processo de expansão. (VUNESP/FAMECA-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um gás perfeito passa pela transformação cíclica A B C A, cujo gráfico da pressão versus volume está representado a seguir. Tendo como base as informações e o gráfico acima, calcule: a) a quantidade de calor absorvido pelo gás para elevar sua temperatura em 100 K; b) o calor específico do gás hélio a volume constante; c) a energia interna do gás à temperatura de 750 K. Considere que a variação da energia interna com o aumento da temperatura se mantenha linear, conforme descrito no gráfico. (UESPI-2010.1) - ALTERNATIVA: B A figura ilustra um recipiente isolado termicamente do meio exterior contendo um gás. Durante um processo termodinâmico, um êmbolo comprime o gás. Ao final do processo, a energia interna do gás aumenta em 4 J. Pode-se afirmar que, nesse processo, São feitas as afirmações: I. O trabalho realizado durante o ciclo é positivo. II. A transformação A B é isotérmica e o gás recebe calor da fonte quente durante essa transformação. III. A transformação C A é isovolumétrica e o gás diminui sua energia interna durante essa transformação. Está correto o que se afirma, apenas, em a) I. b) II. c) I e II. d) II e III. *e) I e III. (UNIOESTE/PR-2010.1) - ALTERNATIVA: E Um máquina térmica opera segundo o ciclo abca representado na figura. a) 4 J de trabalho são realizados pelo gás. *b) 4 J de trabalho são realizados sobre o gás. c) 2 J de trabalho são realizados pelo gás. d) 2 J de trabalho são realizados sobre o gás. e) não há realização de trabalho. Analisando as afirmações seguintes e considerando que a energia interna é função exclusiva da temperatura, assinale a alternativa correta. I – A transformação bc é, com certeza, isotérmica. II – O trabalho realizado na transformação ab é 24 J. III – Na transformação ca a energia interna diminui. IV – Em um ciclo a máquina retira 24 J de calor da fonte fria. V – Na transformação bc a máquina rejeita 48 J de calor na fonte quente. a) As afirmativas I, II, III e IV são verdadeiras. b) A afirmativa III é falsa. c) A afirmativa IV é falsa. d) A afirmativa V é falsa. *e) Apenas a afirmativa I é falsa. [email protected] 35 (UFMS-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 007 (001+002+004) A figura da esquerda mostra um êmbolo no interior de um cilindro que está contido no interior de uma câmara. O cilindro está imerso em água com gelo, e a câmara isola termicamente todo o sistema das vizinhanças. O ar contido no interior do cilindro está em equilíbrio térmico com todo o sistema a 0 °C e sua pressão é igual à pressão atmosférica externa. O cilindro pode trocar calor apenas com a água, o ar e o gelo. Em seguida, é colocado um tijolo bruscamente sobre o êmbolo, comprimindo rapidamente o ar no interior do cilindro. Após um certo tempo, todo o sistema água e gelo volta novamente ao equilíbrio térmico de 0 °C, mas a pressão do ar, no interior do cilindro, fica maior que a pressão atmosférica. (IF/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: A Todos os corpos têm certa quantidade de energia interna, associada ao movimento continuo de seus átomos ou moléculas e às forças interativas entre essas partículas. As partículas dos sólidos, líquidos ou gases apresentam constante movimento (vibrações). A soma dessas vibrações de um corpo constitui a energia térmica do mesmo. Não é correto afirmar que um corpo tem mais calor que outro; o calor é uma forma de transferir energia térmica entre corpos, sem transporte de massa, e não corresponde à execução de um trabalho mecânico. Adaptado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Calor Com fundamentos na termodinâmica e considerando que o ar é um gás ideal e que não há vazamentos, é correto afirmar: (001) O produto da pressão do ar pelo volume que ele ocupa é igual nas duas situações de equilíbrio. (002) Na situação representada pela figura da direita, existe menos massa de gelo que na situação representada pela figura da esquerda. (004) A partir da situação representada pela figura da esquerda, até a situação representada pela figura da direita, a transformação sofrida pelo ar pode ser compreendida por dois processos termodinâmicos, o primeiro adiabático e o segundo isobárico. (008) A partir da situação representada pela figura da esquerda até a situação representada pela figura da direita, a temperatura do ar permaneceu sempre constante. (016) Não haverá troca de calor entre o cilindro e a água, mesmo depois de jogar o tijolo e esperar atingir o novo equilíbrio. Baseado no texto, e em seus conhecimentos, analise as afirmativas a seguir. I. A energia interna de um corpo é diretamente proporcional à temperatura deste corpo. II. O calor específico de uma substância depende de seu estado físico. III. Quantidade de calor latente é a quantidade de calor que causa mudança de estado físico, mas não de temperatura. IV. A capacidade térmica é medida em calorias por grau Celsius (cal/°C) ou caloria por Kelvin (cal/K). Das afirmativas anteriores, está(ão) correta(s) *a) a I, a II, a III e a IV. d) apenas a II e a IV. b) apenas a I. e) apenas III e a IV. c) apenas a I e a III. (IF/SP-2010.1) - ALTERNATIVA OFICIAL: D Leia com atenção as afirmativas a seguir. I. Condutividade térmica equivale a quantidade de calor Q transmitida através de uma espessura L, numa direção normal à superfície de área A, devido a uma variação de temperatura T, sob condições de estado fixo e quando a transferência de calor é dependente apenas da variação de temperatura. II. A energia interna de um gás não é função exclusiva da temperatura e sim da soma da Energia Cinética com a Energia Potencial. III. É necessário que um gás receba calor para poder realizar trabalho. IV. Se um gás é aquecido de 650°C para 1300ºC, sua energia interna duplica. Das afirmativas anteriores, estão CORRETAS a) apenas I e III. *d) apenas a I e a II. b) apenas a III. e) apenas a I e a IV. c) apenas a IV. OBS.: Na afirmativa I falta dizer que é a quantidade de calor por unidade de tempo. (UFLA/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: B O ciclo de Carnot é constituído de duas transformações isotérmicas a temperaturas T1 e T 2 e duas transformações adiabáticas. (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 23 (01+02+04 +16) Sobre a teoria cinética dos gases, assinale o que for correto. 01) Quando a energia cinética média das moléculas de um gás aumenta e o seu volume permanece constante, a pressão e a temperatura do gás aumentam. 02) As variáveis de estado de um gás ideal (P,V,T) estão relacionadas com a quantidade de moléculas do gás. 04) A energia cinética média por molécula de um gás independe da natureza do gás. 08) Gás ideal é aquele cujas moléculas não interagem entre si. 16) Quando um gás sofre uma transformação adiabática ele não troca calor com a sua vizinhança. (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 31 (01+02+04+08+16) A figura a seguir representa um sistema termodinâmico constituído por uma determinada quantidade de gás, preso por um êmbolo no interior de um cilindro. Sobre esse sistema termodinâmico, assinale o que for correto. 01) As variáveis (P,V,T) descrevem o estado de equilíbrio do sistema. 02) O calor trocado e o trabalho realizado pelo sistema descrevem as transformações sofridas pelo sistema. 04) Quanto maior a energia interna do sistema maior é sua temperatura. 08) Se o gás for rapidamente comprimido, seu volume diminui e a sua energia interna aumenta. 16) Numa transformação isobárica, o trabalho pode ser realizado pelo gás ou sobre o gás. Considere o diagrama P×V abaixo e o sentido do ciclo ABCDA. É CORRETO afirmar: a) As variações da energia interna U nos processos BC e DA são nulas. *b) As variações da energia interna U nos processos AB e CD são nulas. c) A temperatura associada ao processo isotérmico AB é menor do que a temperatura associada ao processo isotérmico CD. d) Ao final do ciclo ABCDA, o trabalho realizado é igual à variação da energia interna U de ciclo. [email protected] 36 (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 05 (01+04) Sobre dilatação térmica, assinale o que for correto. 01) As variações das dimensões de um sólido ocorrem devido ao afastamento das moléculas que constituem o sólido, quando este sofre uma variação de temperatura. 02) O coeficiente de dilatação de qualquer líquido é sempre constante, para qualquer variação de temperatura. 04) Se corpos de materiais diferentes estiverem em equilíbrio térmico, a energia cinética média das moléculas que constituem os corpos serão iguais. 08) Se duas barras de mesmo coeficiente de dilatação sofrerem a mesma variação de temperatura, a variação de seus comprimentos será igual. (UEM/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 17 (01+16) Quando de um experimento qualquer obtiver-se o gráfico (ITA/SP-2010.1) - ALTERNATIVA: A A temperatura para a qual a velocidade associada à energia cinética média de uma molécula de nitrogênio, N2, é igual à velocidade de escape desta molécula da superfície da Terra é de, aproximadamente, *a) 1,4 × 105 K. b) 1,4 × 108 K. c) 7,0 × 1027 K. d) 7,2 × 104 K. e) 8,4 × 1028 K. (UFSC-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 38 (02+04+32) Admita uma máquina térmica hipotética e ideal que funcione de acordo com o ciclo representado no gráfico de pressão versus volume (p × V) abaixo. é correto afirmar que o coeficiente angular do gráfico é 01) igual à unidade, quando o eixo y for a temperatura de uma substância em Kelvin e o eixo x for a temperatura em graus Celsius. 02) igual à constante universal dos gases ideais, quando o eixo y for a pressão de um gás ideal, alterada a volume constante, e o eixo x for a temperatura em Kelvin. 04) igual ao coeficiente de dilatação linear do metal, quando o eixo y for a variação do comprimento de uma barra metálica e o eixo x for a temperatura em Kelvin. 08) igual à variação de energia interna do gás, quando o eixo y for a quantidade de calor fornecida isotermicamente a um gás ideal, e o eixo x for o trabalho realizado pelo gás. 16) igual à capacidade térmica (ou calorífica), quando o eixo y for o calor fornecido ao corpo, e o eixo x for sua temperatura em Kelvin. (UEM/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) A temperatura de um gás ideal é alterada por meio de uma mudança de estado. Neste caso, o gás pode ter sofrido 01) uma expansão isobárica. 02) uma transformação isovolumétrica. 04) uma transformação qualquer em que não houve realização de trabalho. 08) uma transformação qualquer em que não houve troca de calor com o meio ambiente. 16) uma transformação qualquer cuja energia interna não se alterou. (UEM/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) Para os gases ideais, a primeira lei da termodinâmica pode ser representada pela equação: Q = Cv T + P V, onde Cv é uma constante. Com base nessa equação, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01) Uma mudança de estado adiabática é acompanhada de uma alteração na temperatura do gás. 02) Uma mudança de estado isotérmica é acompanhada de uma transformação adiabática do gás. 04) Uma mudança de estado isovolumétrica é acompanhada de uma alteração na temperatura do gás. 08) Em uma mudança de estado em que V > zero, o trabalho foi realizado pelo gás sobre o meio exterior. 16) Em uma mudança de estado em que V = zero, o trabalho foi realizado pelo meio exterior sobre o gás. Sabendo que a transformação CD é adiabática, com base na primeira Lei da Termodinâmica e no gráfico acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. A transformação BC é isotérmica. A energia absorvida pelo gás na forma de calor é transformada parcialmente em trabalho. 02. Na transformação AB o gás sofre uma expansão isobárica, realizando um trabalho de 1,6 kJ sobre a vizinhança. 04. Sabendo que a temperatura T2 vale 900 K, podemos afirmar que a temperatura T1 vale 1260 K e a pressão no estado C vale aproximadamente 6,22.105 Pa. 08. Na transformação cíclica – ABCDEA – apresentada, a variação da energia interna é zero, ou seja, a temperatura não varia durante todo o ciclo. 16. A transformação CD é uma compressão adiabática, onde a temperatura do gás diminui devido ao trabalho realizado sobre a vizinhança. 32. A transformação EA é isocórica. O aumento da temperatura do sistema, e consequentemente o aumento da energia interna, se deve ao calor recebido da vizinhança. (UNIFEI/MG-2010.1) - RESPOSTA NO FINAL DA QUESTÃO De acordo com a teoria cinética dos gases, a energia cinética média das moléculas que constituem um gás é proporcional à temperatura desse gás. Considere um gás à temperatura ambiente (27°C), constituído por moléculas de hidrogênio e de oxigênio. Sabendo que a massa atômica do hidrogênio e do oxigênio é igual a 1,0 u.m.a. e 16,0 u.m.a., respectivamente, quais moléculas se movem com maiores velocidades: as moléculas de hidrogênio ou as de oxigênio? Justifique. RESPOSTA UNIFEI/MG-2010.1: Uma vez que a energia cinética média de cada espécie é proporcional à temperatura do gás, então tanto o oxigênio quanto o hidrogênio têm a mesma energia cinética média. Como a massa do oxigênio é maior do que a massa do hidrogênio, as moléculas de hidrogênio se moverão com maior velocidade. [email protected] 37 (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 13 (01+04+08) O estado de um gás em equilíbrio se caracteriza a partir das grandezas: pressão, volume e temperatura. Sobre gases, assinale o que for correto. 01) Mantendo-se constante a temperatura de um gás, a pressão e o volume são inversamente proporcionais. 02) Numa expansão isobárica, o gás recebe calor e sua energia interna diminui. 04) Numa transformação isométrica de um gás, a variação de energia interna do gás é igual ao calor trocado com a vizinhança; portanto o gás não realiza trabalho. 08) Numa transformação adiabática, o volume do gás aumentando, a temperatura diminui. (UNESP-2010.1) - RESPOSTA: UA/ UB = 4/3 Considere o gráfico da Pressão em função do Volume de certa massa de gás perfeito que sofre uma transformação do estado A para o estado B. (UFRJ-2010.1) - RESPOSTA: a) T = 525 K b) U = 225 J Um gás ideal em equilíbrio termodinâmico tem pressão de 1,0×105 N/m2, volume de 2,0×10–3 m3 e temperatura de 300 K. O gás é aquecido lentamente a pressão constante recebendo uma quantidade de 375 J de calor até atingir um volume de 3,5×10–3 m3, no qual permanece em equilíbrio termodinâmico. a) Calcule a temperatura do gás em seu estado final de equilíbrio. b) Calcule a variação da energia interna do gás entre os estados inicial e final. (FURG/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: D A energia interna de um gás ideal depende: a) da natureza do gás. b) da pressão. c) do volume. *d) da temperatura. e) da energia potencial de suas moléculas. (UECE-2010.1) - ALTERNATIVA: A Nos processos termodinâmicos de sistemas com gases ideais, considerando que P, Q, Eint e W são respectivamente: Pressão do sistema, Calor trocado com o meio exterior ao sistema, Energia interna do sistema e Trabalho realizado pelo sistema, bem como sob o sistema durante os processos, marque a alternativa que apresenta as condições corretas. *a) Adiabático Q = 0 e Isobárico P = 0. b) Isotérmico Eint= 0 e Adiábatico Q 0. c) Isovolumétrico W = 0 e Isotérmico Eint 0. d) Isovolumétrico W 0 e Isotérmico Eint 0. (UFRGS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: C Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do texto abaixo, na ordem em que aparecem. A figura abaixo representa simplificadamente o diagrama pV, sendo p dada em atm e V em litros, para um ciclo de uma máquina térmica que opera com um gás ideal. Considere que, durante o percurso ABCD, o número de partículas do gás permanece constante, e que, para esse gás, a razão entre o calor específico a pressão constante (cp) e o calor específico a volume constante (cv) é cp/cv = 5/3. Admitindo que não haja variação da massa do gás durante a transformação, determine a razão entre as energias internas do gás nos estados A e B. (UEPB-2010.1) - ALTERNATIVA: D Leia o texto. No dia 07/08/2004 os alpinistas Rodrigo Raineri, 35, e Vitor Negrete, 36 se tornaram os primeiros brasileiros a alcançar o cume do Monte Aconcágua na Argentina, a maior montanha das Américas com 6.962 m de altura na estação mais fria do ano. (...) As tempestades de neve e as baixas temperaturas, que beiram os 25 °C negativos são as dificuldades da escalada, já que a subida é feita pela face noroeste, a mais usual e que não possui muita dificuldade técnica. (...) (Disponível em: http:// www. a l ta m o n ta n h a . c o m / a l t a m o n t a n h a / n o t i c i a s / noticias_id=37650.asp) Acerca do assunto tratado no texto, em relação à explicação para o fato de ser muito frio no cume das montanhas, podemos afirmar que I - o ar quente da superfície da terra, ao subir pela encosta de uma montanha, sua pressão diminui, o que permite que ele se expanda e se resfrie adiabaticamente. Essa expansão adiabática acontece em função da energia interna do gás, que leva a uma diminuição de sua temperatura. II - quanto mais próximo do solo, mais quente é o ar, pois é aquecido pelo calor do sol que a terra absorve e propaga por condução. Por isso, no cume das grandes montanhas, sem o aquecimento, o ar fica sempre muito frio, pois está mais distante do solo. III - o ar quente da superfície da terra, com o aumento da altitude, fica menos rarefeito, as moléculas ficam mais distantes umas das outras, diminuindo a condução de calor e fazendo com que o ar tenda a ficar mais frio no cume das grandes montanhas. Após a análise feita, conclui-se que é(são) correta(s) apena(s) a(s) proposição(ões) a) I e II. b) II. c) III *d) I. e) II e III. C B D A As etapas A BeC D do ciclo representado na figura são processos ............. . Sendo assim, ............ troca de ......... entre a máquina e o ambiente. a) isotérmicos – há – trabalho b) isotérmicos – não há – trabalho *c) adiabáticos – não há – calor d) adiabáticos – há – calor e) adiabáticos – não há – trabalho [email protected] 38 (UFRGS/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: E Considere as afirmações abaixo, sobre gases ideais. I - A constante R presente na equação de estado de gases pV = nRT tem o mesmo valor para todos os gases ideais. II - Volumes iguais de gases ideais diferentes, à mesma temperatura e pressão, contêm o mesmo número de moléculas. III - A energia cinética média das moléculas de um gás ideal é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. *e) I, II e III. (UFV/MG-2010.1) - RESPOSTA: a) perdeu calor b) 200 J c) 500 J d) 300 J Um gás ideal passa por três processos termodinâmicos, conforme mostra o gráfico abaixo da variação da pressão (P) em função do volume (V). (UFLA/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C O diagrama PV mostrado abaixo ilustra dois processos termodinâmicos: 1 ABC e 2 ADC, em que um gás ideal é levado de um estado A para outro C. Considerando V2 = 2V1 e P2 = 4P1, é CORRETO afirmar: a) O trabalho realizado pelo gás ao longo do processo ADC é maior do que o trabalho realizado ao longo do processo ABC. b) A energia interna do gás é maior no estado B. *c) O trabalho realizado pelo gás ao longo do processo ABC é 4P1V1. d) a razão TA/ TB, em que TA e TB representam as temperaturas do gás nos estados A e B, é 1/8. (VUNESP/UEA-2010.1) - ALTERNATIVA: B Certa quantidade de um gás ideal está contida em um recipiente fechado que tem um êmbolo móvel e pode deslizar sem atrito. O gás sofre uma expansão isotérmica, e tem seu volume duplicado. Tomando como base o que ocorreu nesse processo, pode-se afirmar que, a) O gás não trocou calor durante a expansão isotérmica. *b) O trabalho realizado pelo gás é igual ao calor absorvido por ele. c) A variação da energia interna do gás é igual ao calor absorvido por ele. d) A energia interna do gás aumenta durante a expansão isotérmica. e) O gás cede calor durante a expansão isotérmica. No processo do estado A para o estado B (processo AB), o gás se expande isotermicamente, absorvendo 500 J de calor. No processo BC ocorre uma variação na sua energia interna de –200 J e no processo CA ocorre uma compressão adiabática. Faça o que se pede: a) No processo BC, o gás recebeu ou perdeu calor? b) Calcule o módulo da variação da energia interna no processo CA. c) Calcule o módulo do trabalho no processo AB. d) Calcule o módulo do trabalho total no ciclo. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D A figura abaixo ilustra um processo termodinâmico em um gás. 2a LEI DA TERMODINÂMICA (UFJF/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: C De acordo com os princípios da termodinâmica, NÃO é correto afirmar que: a) quando se fornece calor a um corpo, a temperatura do corpo pode aumentar ou não. b) o calor é uma das formas de energia. *c) uma máquina térmica real pode transformar toda a energia térmica recebida em trabalho. d) num processo isotérmico, se um gás ideal absorver calor, ele realiza trabalho mecânico. e) num processo adiabático, não ocorrem trocas de calor entre o sistema e o meio ambiente. (UNIMONTES/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A Um recipiente contém 10 g de água a 373 K, temperatura de ebulição. O calor latente de vaporização da água é Lv = 2256 J/ kg. Considerando que a ebulição seja um processo reversível, pois o líquido e o vapor estão em equilíbrio térmico entre si, a variação de entropia S dessa massa de água, para se converter em vapor, é igual a, aproximadamente, *a) 6,05 × 10–2 J/K. b) 5,06 × 10–3 J/K. Dado: S = Q/T c) 4,05 × 10–1 J/K. Q = quantidade de calor necessária d) 3,04 × 10–3 J/K. para o processo Sabendo que durante o processo ABC a variação da energia interna do gás foi igual a U e que o trabalho realizado pelo gás no processo BC foi igual a W, então a quantidade de calor transferida ao gás no processo ABC foi: a) U + VA (PA – PC) + W b) U + PA (VB – VA) – W c) U + VC (PA – PC) + W *d) U + PA (VB – VA) + W [email protected] 39 (UEPG/PR-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 27 (01+02+08+16) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula. (IMT/MAUÁ-2010.1) - RESPOSTA: a) A e C b) |Q2| = 300 J No esquema a seguir, estão representadas três máquinas térmicas A, B e C, nas quais a temperatura T1 é maior que a temperatura T2. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: B Com relação à variação de entropia S de um sistema isolado, é CORRETO afirmar que: a) se o processo for irreversível, então, S = 0. *b) se o processo for reversível, então, S = 0. c) se o processo for reversível, então, S > 0. d) se o processo for irreversível, então, S < 0. a) Qual(is) esquema(s) pode(m) representar máquina(s) térmica(s) real(is)? Justifique. b) Supondo que |Q1|= 750 J e |W| = 450 J, determine Q2. (UFV/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: A A figura abaixo representa um ciclo de Carnot, para um gás ideal, em um diagrama de pressão P versus volume V. Das opções abaixo, a que representa CORRETAMENTE o mesmo ciclo mostrado acima, em um diagrama de temperatura T versus entropia S, é: *a) b) (UFCG/PB-2010.1) - ALTERNATIVA OFICIAL: E A vida na Terra começou com seres vivos unicelulares e, com o passar do tempo, foi se complexificando, tornando-se mais organizada. Considerando o ambiente em que a vida se desenvolveu na Terra como um sistema aberto, foram feitas algumas afirmativas no âmbito da Termodinâmica: I — O desenvolvimento da vida na Terra exige uma revisão do Segundo Princípio da Termodinâmica, pois em qualquer sistema aberto a entropia sempre aumenta. II — O desenvolvimento da vida na Terra está de acordo com o Segundo Princípio da Termodinâmica, pois em qualquer sistema aberto a entropia sempre diminui. III — A auto-organização dos seres vivos contribui necessariamente para o aumento da entropia do resto do universo. Em relação ao valor de verdade das afirmativas, é correto afirmar que a) todas as afirmativas são verdadeiras. b) somente as afirmativas I e III são falsas. c) as afirmativas I e II são verdadeiras. d) apenas a afirmativa II é falsa. *e) apenas a afirmativa III é verdadeira. c) d) (IF/CE-2010.1) - RESPOSTA: a) 300 J b) 200 J Uma máquina térmica ideal trabalha em um ciclo de Carnot entre as temperaturas iguais a 300K e 450K. O trabalho total, realizado pela máquina, em um ciclo, é igual a 100J. Calcule. a) O calor retirado do reservatório quente pela máquina. b) O calor liberado para o reservatório frio pela máquina. (UFMG-2010.1) - RESPOSTA: a) L b) Sim c) Sim Uma máquina térmica é constituída de um cilindro, cheio de gás, que tem um êmbolo móvel. Durante o funcionamento dessa máquina, o gás é submetido a um processo cíclico, que o leva de um estado K a outro estado L e, depois, de volta ao estado K e assim sucessivamente, como representado no diagrama pressão versus volume, mostrado na figura ao lado. Considerando essas informações, RESPONDA: a) Em qual dos dois estados – K ou L – a temperatura do gás é maior? JUSTIFIQUE sua resposta. b) Em um ciclo completo, em que o gás sai do estado K e volta ao mesmo estado, essa máquina realiza trabalho líquido? JUSTIFIQUE sua resposta. c) Tendo-se em vista que se trata de um sistema ideal, é possível converter em trabalho todo o calor fornecido a essa máquina? JUSTIFIQUE sua resposta. [email protected] 40 (IF/SC-2010.1) - RESPOSTA: SOMA = 44 (04+08+32) As máquinas térmicas são dispositivos que estabelecem uma relação entre calor e trabalho mecânico. Dependendo dessa relação, elas são classificadas como máquina térmica quente ou máquina térmica fria. A figura representa de maneira esquemática o fluxo de energia de duas máquinas térmicas. (PUC/RS-2010.1) - ALTERNATIVA: E Considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T2 T1 das temperaturas em que opera a máquina. O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T1 e T2, com T1 maior do que T2, obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T1. Baseado nas leis da termodinâmica e no esquema acima, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. Os dois esquemas não respeitam a primeira lei da termodinâmica, lei esta que está baseada na conservação da energia. 02. A segunda lei da termodinâmica garante que toda máquina térmica transforma integralmente todo calor fornecido em trabalho. 04. A panela de pressão encontrada na cozinha de nossas casas, é um exemplo de máquina térmica que pode ser representado pelo esquema A. 08. A geladeira pode ser representada pelo esquema B, o qual, ao contrário da panela de pressão, transforma trabalho mecânico em fluxo de calor. 16. O ciclo de Carnot representa uma máquina térmica ideal, que consegue transformar todo calor recebido em trabalho mecânico. 32. Pela segunda lei da Termodinâmica, o calor não pode fluir da fonte fria para a fonte quente espontaneamente. (UFAL-2010.1) - ALTERNATIVA: A A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo automóvel retira 40 kJ do compartimento da fonte quente, onde se dá a queima do combustível, e realiza 10 kJ de trabalho. Sabendo que parte do calor retirado da fonte quente é dispensado para o ambiente (fonte fria) a uma temperatura de 27 °C, qual seria a temperatura no compartimento da fonte quente se esse motor operasse segundo o ciclo de Carnot? Dado: considere que as temperaturas em graus centígrados, TC, e Kelvin, TK, se relacionam através da expressão TC = TK – 273. *a) 127 °C b) 177 °C c) 227 °C d) 277 °C e) 377 °C (CEFET/MG-2010.1) - ALTERNATIVA: D Um processo cíclico de Carnot possui um rendimento de 50%. Uma máquina real, que opera sob as mesmas condições térmicas desse ciclo, apresentará um rendimento térmico r, tal que a) r 50%. c) r > 50%. b) r = 50%. *d) r < 50%. Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T2 T1 diminui, a) alcançando 100% quando T2 vale 0 °C. b) alcançando 100% quando T1 é muito maior do que T2. c) alcançando 100% quando a diferença entre T1 e T2 é muito pequena. d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. *e) mas nunca alcança 100%. (UEPB-2010.1) - ALTERNATIVA: E Leia o texto. A Revolução Industrial consistiu em um conjunto de mudanças tecnológicas com profundo impacto no processo produtivo em nível econômico e social. Iniciada na Inglaterra em meados do século XVIII, expandiu-se pelo mundo a partir do século XIX. James Hargreaves, 1764, na Grã-Bretanha, inventa a fiadora “spinning Jenny”, uma máquina de fiar rotativa que permitia a um único artesão fiar oito fios de uma só vez.; James Watt, 1768, inventa a máquina a vapor; Gottlieb Daimler, 1885, inventou um motor a explosão, etc. Acerca do assunto tratado no texto, em relação às máquinas térmicas, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica, podemos afirmar: I - Nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. II - A segunda lei da Termodinâmica se aplica aos refrigeradores, porque esses transferem calor da fonte fria para a fonte quente. III - O rendimento de uma máquina térmica que opera em ciclos pode ser de 100%. Após a análise feita, verifica-se que é(são) correta(s) apena(s) a(s) proposição(ões) a) II e III. b) II. c) III. d) I. *e) I e II. [email protected] 41 (ENEM-2009 [prova anulada]) - ALTERNATIVA: E A eficiência de um processo de conversão de energia, definida como sendo a razão entre a quantidade de energia ou trabalho útil e a quantidade de energia que entra no processo, é sempre menor que 100% devido a limitações impostas por leis físicas. A tabela a seguir, mostra a eficiência global de vários processos de conversão. VESTIBULARES 2010.2 1a LEI DA TERMODINÂMICA (UNEMAT/MT-2010.2) - ALTERNATIVA: A O gráfico abaixo mostra a variação do volume de um gás ideal que sofreu uma transformação à pressão constante de P = 120 N/m2. A quantidade de calor recebida pelo gás durante o processo foi de 800 joules. Tabela Eficiência de alguns sistemas de conversão de energia HINRICHS,R. A.; KLEINBACH, M. Energia e mei ambiente. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado). Com os dados, pode-se dizer que a variação da energia interna que este gás sofreu foi de: *a) 560 joules. b) 260 joules. c) 300 joules. d) 480 joules. e) 580 joules. (UNIMONTES/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: A Na figura desta questão, temos ilustrado um sistema em que a válvula V conecta o balão A, de volume VA, ao balão B, de volume VB. Um certo gás ocupa, inicialmente, apenas o balão A, com a válvula fechada, estando o balão B vazio. A válvula é aberta, e o gás, através de um processo conhecido por expansão livre, passa a ocupar os dois balões. Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na tabela, que mais se beneficiariam de investimentos em pesquisa para terem suas eficiências aumentadas, seriam aqueles que envolvem as transformações de energia a) mecânica energia elétrica. energia elétrica. b) nuclear c) química energia elétrica. d) química energia térmica. energia elétrica. *e) radiante Considere as seguintes afirmativas sobre o processo sofrido pelo gás após a abertura da válvula: I . A variação da energia interna do gás é nula porque o processo é adiabático e não há trabalho realizado na sua expansão. II . A variação da energia interna é nula porque o gás absorve calor do meio externo, mas realiza trabalho de igual valor durante sua expansão. III . A variação da energia interna do gás não é nula, sendo igual à diferença entre o calor absorvido do meio externo, durante sua expansão, e o trabalho realizado por ele. A(s) afirmativa(s) INCORRETA(S) é(são) *a) I, apenas. b) I e II, apenas. c) II e III, apenas. d) I e III, apenas. (UECE-2010.2) - ALTERNATIVA: D Pode-se afirmar corretamente que a energia interna de um sistema constituído por um gás ideal a) diminui em uma expansão isotérmica. b) aumenta em uma expansão adiabática. c) diminui em uma expansão livre. *d) aumenta em uma expansão isobárica. [email protected] 42 (IF/CE-2010.2) - ALTERNATIVA: D Um mol de um gás ideal monoatômico se expande isobaricamente, à pressão atmosférica, dobrando seu volume inicial, que era de 1,0 × 10–3 m3. Neste processo, o calor recebido pelo gás ideal foi de a) 1,0 × 102 J. b) 1,5 × 102 J. 2 c) 2,0 × 10 J. *d) 2,5 × 102 J. 2 e) 3,0 × 10 J. Dado: use a pressão atmosférica p0 = 1,0 × 105 Pa. (UFG/GO-2010.2) - RESPOSTA: a) W = –125 kJ b) refrigerador c) TC = 1500 K A máquina térmica é um dispositivo que pode tanto fornecer energia para um sistema quanto retirar. Considere que a máquina térmica opera com um gás ideal em um sistema fechado, conforme o ciclo ilustrado na figura abaixo. (UNIMONTES/MG-2010.2) - ALTERNATIVA OFICIAL: D Um estudante enche rapidamente o pneu de sua bicicleta. O processo pode ser considerado adiabático, ou seja, não há troca de calor entre o sistema (ar dentro do pneu) e o meio externo. A respeito do trabalho, W, realizado no processo e da variação da energia interna do sistema, U, é CORRETO afirmar que a) W < 0 e U < 0. b) W > 0 e U > 0. c) W > 0 e U < 0. *d) W < 0 e U > 0. (PUC/RS-2010.2) - ALTERNATIVA: E INSTRUÇÃO: Responder à questão abaixo considerando a descrição do ciclo Otto e o respectivo gráfico. O ciclo Otto é um ciclo termodinâmico constituído por dois processos adiabáticos e dois processos isovolumétricos, como mostra o gráfico que segue. De acordo com o exposto a) calcule o trabalhor total em um ciclo; b) explique como ela opera, ou seja, qual é a sua função? Justifique sua resposta; c) calcule a temperatura no ponto C, considerando que a temperatura no ponto A é de 300 K. (UFOP/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: D Na figura seguinte, é indicado um sistema termodinâmico com processo cíclico. Num motor que opera segundo este ciclo, um pistão inicialmente na posição correspondente ao máximo volume, estado 1, comprime o ar até que atinja o volume mínimo, estado 2. Então ocorre a combustão, resultando em um súbito aumento da pressão enquanto o volume permanece constante, levando o ar ao estado 3. O processo que segue é a ejeção de potência quando o ar expande adiabaticamente para o estado 4. No processo final, calor é transferido para a vizinhança e o ciclo é completado. A partir das informações obtidas pela análise do gráfico representativo do ciclo Otto e de acordo com as leis da termodinâmica, é correto afirmar que: a) o calor líquido trocado no ciclo é nulo, visto que a temperatura final é igual à temperatura inicial. b) o sistema realiza um trabalho líquido nulo durante o ciclo, pois o volume final é igual ao volume inicial. c) o trabalho realizado no processo de compressão adiabática é maior do que o realizado no processo de expansão adiabática. d) o sistema absorve calor durante a compressão adiabática e rejeita calor durante a expansão adiabática. *e) a variação da energia interna no ciclo é zero, porque o estado final é igual ao estado inicial. O ciclo é constituído por duas curvas fechadas, a malha I e a malha II. É CORRETO afirmar: a) Durante um ciclo completo, o sistema não realiza trabalho. b) O sistema realiza trabalho positivo na malha I. c) O sistema libera calor na malha II. *d) Durante um ciclo completo, a variação da energia interna é nula. (UFU/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: C Um botijão de cozinha contém gás sob alta pressão. Ao abrirmos esse botijão, percebemos que o gás escapa rapidamente para a atmosfera. Como esse processo é muito rápido, podemos considerá-lo como um processo adiabático. Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por U = Q – W, onde U é a variação da energia interna do gás, Q é a energia transferida na forma de calor e W é o trabalho realizado pelo gás, é correto afirmar que: a) A pressão do gás aumentou e a temperatura diminuiu. b) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás não variou. *c) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás diminuiu. d) A pressão do gás aumentou e o trabalho realizado foi negativo. [email protected] 43 (UDESC-2010.2) - RESPOSTA: a) 40 ciclos b) 2 p = – 3,0 × 105 N/m c) Q > 0: (a bed a); Q < 0: (b cec d) Uma máquina térmica, cujo fluido de trabalho é um gás, executa o ciclo termodinâmico reversível representado no gráfico abaixo. (UEM/PR-2010.2) - RESPOSTA: SOMA = 15 (01+02+04+08) Sobre o funcionamento das máquinas térmicas, analise as afirmações abaixo e assinale o que for correto. 01) Quando um motor ideal realiza um ciclo termodinâmico, alguma quantidade de energia, na forma de calor, tem que ser transferida para o meio exterior. 02) Quando um motor ideal realiza um ciclo termodinâmico, a energia gasta, na forma de calor, é sempre maior que o trabalho realizado sobre o meio exterior. 04) Quando um refrigerador ideal realiza um ciclo termodinâmico, a energia, na forma de calor, transferida para o meio exterior é sempre maior que a energia consumida na forma de trabalho, para o refrigerador funcionar. 08) Quando uma máquina térmica ideal executa um ciclo termodinâmico, sua energia interna permanece constante. 16) Uma máquina térmica ideal é aquela que funciona com uma única fonte de energia. (UDESC-2010.2) - ALTERNATIVA: D No diagrama pxV abaixo, está representado o ciclo termodinâmico da máquina de Carnot, considerada ideal porque tem o maior rendimento entre as máquinas térmicas. O sistema recebe calor da fonte quente à temperatura T1 e transfere calor para a fonte fria à temperatura T2. a) Sabendo que a máquina opera com uma frequência de 5,0 Hz, quantos ciclos são necessários para produzir 1,0 kWh? b) Qual a variação da pressão experimentada pelo gás, durante a transformação entre os estados a e c? c) Em quais transformações o gás recebe ou cede calor? OBS.: Se a pergunta do item a fosse qual o tempo necessário para produzir 1,0 kWh, a resposta seria 8 s. (UEM/PR-2010.2) - RESPOSTA: SOMA = 27 (01+02+08+16) Um gás ideal sofre a transformação termodinâmica quase estática A B C, representada no diagrama P x V ilustrado a seguir. Com relação às transformações termodinâmicas que constituem esse ciclo, é correto afirmar que o sistema passa por uma: a) expansão adiabática entre os estados b e d (b d). c). b) expansão isovolumética entre os estados b e c (b c) compressão isobárica entre os estados c e d (c d). b). *d) expansão isotérmica entre os estados a e b (a e) compressão isotérmica entre os estados d e a (d a). De acordo com esse diagrama, assinale o que for correto. 01) A temperatura absoluta do gás no estado B é maior do que a temperatura absoluta do gás no estado A. 02) A energia interna do gás no estado B é maior do que a energia interna do gás no estado A. 04) O trabalho realizado pelo gás, para mudar do estado A, passando por B e chegar ao estado C, pode ser calculado por meio da equação W = (PC – PA) x (VC – VA) . 08) Para mudar do estado A ao estado B, o gás absorveu energia na forma de calor. 16) Para mudar do estado B para o estado C, a variação de energia interna do gás é igual à quantidade de calor cedida pelo gás, na mesma transformação. (UFU/MG-2010.2) - ALTERNATIVA: A Em relação à Primeira e à Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar que: *a) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica não é violada porque o sistema não está isolado. b) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e podese afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada, uma vez que esse é um sistema isolado. c) Na expansão adiabática de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e, considerando que esse não é um sistema isolado, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada. d) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a primeira lei da termodinâmica não é violada, porque o sistema não está isolado. 2a LEI DA TERMODINÂMICA (IF/CE-2010.2) - RESPOSTA: a) W = – 3735 J b) U = – 3735 J Um mol de um gás ideal monoatômico passa por um ciclo de Carnot, que é um processo cíclico constituído de dois processos isotérmicos e dois processos adiabáticos. Em um processo isotérmico, a temperatura do gás é 600K, e no outro, é 300K. Calcule. a) O trabalho realizado pelo gás na compressão adiabática; b) A variação de energia interna do gás na expansão adiabática. Dado: constante universal dos gases R = 8,3 J/mol.K. [email protected] 44