EXERCÍCIOS DE FÍSICA - Professor Paulo HélderTERMODINÂMICA

1. (Ufms 2005) Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume constante. É correto afirmar quea) a transformação é isotérmica.b) a transformação é isobárica.c) o gás não realiza trabalho.d) sua pressão diminuirá ,se a temperatura do gás aumentar.e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica.

2. (Puccamp 2005) O biodiesel resulta da reação química desencadeada por uma mistura de óleo vegetal com álcool de cana. A utilização do biodiesel etílico como combustível no país permitiria uma redução sensível nas emissões de gases poluentes no ar, bem como uma ampliação da matriz energética brasileira.O combustível testado foi desenvolvido a partir da transformação química do óleo de soja. É também chamado de B-30 porque é constituído de uma proporção de 30% de biodiesel e 70% de diesel metropolitano. O primeiro diagnóstico divulgado considerou performances dos veículos quanto ao desempenho, durabilidade e consumo.Um carro-teste consome 4,0 kg de biodiesel para realizar trabalho mecânico. Se a queima de 1 g de biodiesel libera 5,0 × 10¤ cal e o rendimento do motor é de 15%, o trabalho mecânico realizado, em joules, vale, aproximadamente,Dado: 1 cal = 4,2 joulesa) 7,2 × 10¦ b) 1,0 × 10§ c) 3,0 × 10§d) 9,0 × 10§ e) 1,3 × 10¨

3. (Fuvest 2003) Um recipiente cilíndrico contém 1,5L (litro) de água à temperatura de 40°C. Uma tampa, colocada sobre a superfície da água, veda o líquido e pode se deslocar verticalmente sem atrito. Um aquecedor elétrico E, de 1800W, fornece calor à água. O sistema está isolado termicamente de forma que o calor fornecido à água não se transfere ao recipiente. Devido ao peso da tampa e à pressão atmosférica externa, a pressão sobre a superfície da água permanece com o valor P³=1,00×10¦Pa. Ligando-se o aquecedor, a água esquenta até atingir, depois de um intervalo de tempo tÛ, a temperatura de ebulição (100°C). A seguir a água passa a evaporar, preenchendo a região entre a superfície da água e a tampa, até que, depois de mais um intervalo de tempo t½, o aquecedor é desligado. Neste processo, 0,27mol de água passou ao estado de vapor.

NOTE/ADOTE 1Pa = 1 pascal = 1N/m£Massa de 1mol de água: 18 gramasMassa específica da água: 1,0kg/LCalor específico da água: 4.000J/(°C . kg)Na temperatura de 100°C e à pressão de 1,00×10¦Pa, 1 mol de vapor de água ocupa 30L e o calor de vaporização da água vale 40.000J/mol.Determinea) o intervalo de tempo tÛ, em segundos, necessário para levar a água até a ebulição.b) o intervalo de tempo t½, em segundos, necessário para evaporar 0,27mol de água.c) o trabalho , em joules, realizado pelo vapor de água durante o processo de ebulição.

4. (Unifesp 2002) Costuma-se especificar os motores dos automóveis com valores numéricos, 1.0, 1.6, 1.8 e 2.0, entre outros. Esses números indicam também valores crescentes da potência do motor. Pode-se explicar essa relação direta entre a potência do motor e esses valores numéricos porque eles indicam o volume aproximado, em litros,a) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior a potência que o combustível pode fornecer.b) do consumo de combustível e, quanto maior esse volume, maior a quantidade de calor que o combustível pode fornecer.c) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior a temperatura que o combustível pode atingir.d) do consumo de combustível e, quanto maior esse volume, maior a temperatura que o combustível pode fornecer.e) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior o rendimento do motor.

5. (Ufscar 2001) A figura representa um gás ideal contido num cilindro C fechado por um êmbolo E de área S=1,0.10¥ m£ e massa m=1,0kg. O gás absorve uma determinada quantidade de calor Q e, em conseqüência, o êmbolo sobe 5,0.10£ m, livremente e sem vazamento. A pressão atmosférica local é 1,0.10¦Pa.

a) Calcule os trabalhos realizados pelo gás contra a pressão atmosférica, a, e contra a gravidade, para erguer o êmbolo, g.(Adote g = 10 m/s£.)

b) Qual a quantidade mínima de calor que o gás deve ter absorvido nessa transformação? Que lei física fundamenta sua resposta?

Justifique.

6. (Unesp 2001) Uma bexiga vazia tem volume desprezível; cheia, o seu volume pode atingir 4,0×10¤m¤. O trabalho realizado pelo ar para encher essa bexiga, à temperatura ambiente, realizado contra a pressão atmosférica, num lugar onde o seu valor é constante e vale 1,0×10¦Pa, é no mínimo dea) 4 J. b) 40 J. c) 400 J.d) 4000 J. e) 40000 J.

7. (Ufrn 2005) Cotidianamente são usados recipientes de barro (potes, quartinhas, filtros etc.) para esfriar um pouco a água neles contida.Considere um sistema constituído por uma quartinha cheia d'água. Parte da água que chega à superfície externa da quartinha, através de seus poros, evapora, retirando calor do barro e da água que o permeia. Isso implica que também a temperatura da água que está em seu interior diminui nesse processo.Tal processo se explica porque, na água que evapora, são as moléculas de águaa) com menor energia cinética média que escapam do líquido, aumentando, assim, a energia cinética média desse sistema.b) que, ao escaparem do líquido, aumentam a pressão atmosférica, diminuindo, assim, a pressão no interior da quartinha.c) com maior energia cinética média que escapam do líquido, diminuindo, assim, a energia cinética média desse sistema.d) que, ao escaparem do líquido, diminuem a pressão atmosférica, aumentando, assim, a pressão no interior da quartinha.

8. (Ufscar 2005) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a quala) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna.d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna.e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.

9. (Unesp 2005) Um pistão com êmbolo móvel contém 2 mols de O‚ e recebe 581J de calor. O gás sofre uma expansão isobárica na qual seu volume aumentou de 1,66 Ø, a uma pressão constante de 10¦ N/m£. Considerando que nessas condições o gás se comporta como gás ideal, utilize R = 8,3 J/mol.K e calculea) a variação de energia interna do gás.b) a variação de temperatura do gás.

10. (Ufsc 2005) Com relação aos conceitos de calor, temperatura e energia interna, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) Associa-se a existência de calor a qualquer corpo, pois todo corpo possui calor.(02) Quando as extremidades de uma barra metálica estão a temperaturas diferentes, a extremidade submetida à temperatura maior contém mais calor do que a outra.(04) Calor é a energia contida em um corpo.(08) Para se admitir a existência de calor são necessários, pelo menos, dois sistemas.(16) Duas esferas de mesmo material e de massas diferentes, após ficarem durante muito tempo em um forno a 160 °C, são retiradas deste e imediatamente colocadas em contato. Logo em seguida, pode-se afirmar, o calor contido na esfera de maior massa passa para a de menor massa.(32) Se colocarmos um termômetro, em um dia em que a temperatura está a 25 °C, em água a uma temperatura mais elevada, a energia interna do termômetro aumentará.

11. (Ufrrj 2005) As atividades musculares de um tri-atleta exigem, diariamente, muita energia. Veja na tabela a representação desses valores.

Um alimento oncentrado energético produz, quando metabolizado, 4000cal para cada 10g ingeridos.Para as atividades físicas, o atleta, em um dia, precisará ingerira) 1,2 kg. b) 2,4 kg. c) 3,2 kg.d) 2,8 kg. e) 3,6 kg.

12. (Unesp 2003) A energia interna U de uma certa quantidade de gás, que se comporta como gás ideal, contida em um recipiente, é proporcional à temperatura T, e seu valor pode ser calculado utilizando a expressão U=12,5T. A temperatura deve ser expressa em kelvins e a energia, em joules. Se inicialmente o gás está à temperatura T=300 K e, em uma transformação a volume constante, recebe 1 250 J de uma fonte de calor, sua temperatura final seráa) 200 K. b) 300 K. c) 400 K.d) 600 K. e) 800 K.13. (Ufrs 2006) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m£.

Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é dea) 100 J. b) 150 J. c) 250 J.d) 350 J. e) 400 J.

14. (Unesp 2003) Um gás, que se comporta como gás ideal, sofre expansão sem alteração de temperatura, quando recebe uma quantidade de calor Q = 6 J.a) Determine o valor ÐE da variação da energia interna do gás.b) Determine o valor do trabalho T realizado pelo gás durante esse processo.

15. (Unesp 2002) Certa quantidade de um gás é mantida sob pressão constante dentro de um cilindro, com o auxílio de um êmbolo pesado, que pode deslizar livremente. O peso do êmbolo mais o peso da coluna do ar acima dele é de 300N. Através de uma resistência elétrica de 5,0², em contato térmico com o gás, se faz circular uma corrente elétrica de 0,10A durante 10min.

a) Determine a quantidade de calor fornecida ao sistema.b) Desprezando as capacidades térmicas do cilindro, êmbolo e resistência, e sabendo que o êmbolo se eleva lentamente de 0,030m durante o processo, determine a variação de energia interna do gás.

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO(Ufpe 2007) 16. Dois corpos idênticos, de capacidades térmicas C = 1,3 x 10¨ J / °C e temperaturas iniciais T = 66 °C e T‚ = 30 °C, são usados como fontes de calor para uma máquina térmica. Como conseqüência o corpo mais quente esfria e o outro esquenta, sem que haja mudança de fase, até que as suas temperaturas fiquem iguais a Tf = 46 °C. Determine o trabalho total realizado por esta máquina, em unidades de 10§ J.

17. (Ufc 2006) Analise as afirmações a seguir.I. A variação de entropia do fluido operante num ciclo completo de uma máquina térmica de Carnot é igual a Q/T.II. O trabalho necessário para efetivar uma certa mudança de estado num sistema é independente do caminho seguido pelo sistema, quando este evolui do estado inicial para o estado final.III. De acordo com a segunda Lei da Termodinâmica e de observações relativas aos processos reversíveis e irreversíveis, conclui-se que as entropias inicial e final num processo adiabático reversível são iguais e que, se o processo for adiabático irreversível, a entropia final será maior que a inicial.

Com respeito às três afirmativas, é correto afirmar que apenas:a) I é verdadeira. b) II é verdadeira.c) III é verdadeira. d) I e II são verdadeiras.e) II e III são verdadeiras.

18. (Ufrn 2005) Observe atentamente o processo físico representado na seqüência de figuras a seguir. Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3.

Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a ordem do sistema éa) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui.b) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema aumentou.c) menor que no início e, portanto, o processo representado é reversível.d) menor que no início e, portanto, o processo representado é irreversível.

19. (Uel 2005) Uma das grandes contribuições para a ciência do século XIX foi a introdução, por Sadi Carnot, em 1824, de uma lei para o rendimento das máquinas térmicas, que veio a se transformar na lei que conhecemos hoje como Segunda Lei da Termodinâmica. Na sua versão original, a afirmação de Carnot era: todas as máquinas térmicas reversíveis ideais, operando entre duas temperaturas, uma maior e outra menor, têm a mesma eficiência, e nenhuma máquina operando entre essas temperaturas pode ter eficiência maior do que uma máquina térmica reversível ideal. Com base no texto e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:a) A afirmação, como formulada originalmente, vale somente para máquinas a vapor, que eram as únicas que existiam na época de Carnot.b) A afirmação de Carnot introduziu a idéia de Ciclo de Carnot, que é o ciclo em que operam, ainda hoje, nossas máquinas térmicas.c) A afirmação de Carnot sobre máquinas térmicas pode ser encarada como uma outra maneira de dizer que há limites para a possibilidade de aprimoramento técnico, sendo impossível obter uma máquina com rendimento maior do que a de uma máquina térmica ideal.d) A afirmação de Carnot introduziu a idéia de Ciclo de Carnot, que veio a ser o ciclo em que operam, ainda hoje, nossos motores elétricos.e) Carnot viveu em uma época em que o progresso técnico era muito lento, e sua afirmação é hoje desprovida de sentido, pois o progresso técnico é ilimitado.

20. (Ufsc 2005) O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas).

Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).(01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal.(02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%.(04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. (08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente.(16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.

GABARITO1. [C]

2. [E]

3. a) tÛ = 200sb) t½ = 6sc) = 810J

4. [A]

5. a) a = 0,5 J g = 0,5 J

b) De acordo com a 1 Lei da Termodinâmica, fundamentada na conservação de energia, a quantidade de calor absorvida pelo gás é:

Q = ÐU + gás na qual ÐU = 3/2 P . ÐV

Q = 3/2 . 2 . 10¦ . 10¥ . 5 . 10£ + 1Q = 2,5 J

6. [C]7. [C]8. [A]

9. a) 415Jb) 10K ou 10°C

10. 08 + 32 = 40

11. [A]12. [C]

13. [B]

14. a) ÐE = 0b) T = 6J

15. a) Q = 30J.

b) ÐU = 21J.

16. W = 52 x 10§ J.

17. [C]18. [A]19. [C]

20. 02 + 04 + 08 = 14