15-05-extensivo-2

Prévia do material em texto

- 1 - 
 
 
 
Data: 15/05/19 
Professor: Luiz Felipe 
Disciplina: Física 
Turma: Extensivo 
1. (ESPCEX-2012) Um gás ideal sofre uma compressão isobárica sob 
a pressão de 4·103 N/m2 e o seu volume diminui 0,2m3. Durante o 
processo, o gás perde 1,8·103 J de calor. A variação da energia 
interna do gás foi de: 
a) 1,8·103 J b) 1,0·103 J c) - 8,0·102 J 
d) - 1,0·103 J e) - 1,8·103 J 
 
2. ( UFTM-2013/2) Um gás ideal sofre a transformação ABC, 
representada no diagrama p x V. A transformação AB é isotérmica e 
a transformação BC é isobárica. 
 
Sabendo que na transformação BC o gás recebeu de uma fonte 
externa 400 J na forma de calor, calcule: 
a) a pressão a qual o gás está submetido no estado A. 
b) a variação de energia interna sofrida pelo gás na transformação 
BC. 
 
3. ( UFRGS-2013) Uma amostra de gás ideal evolui de um estado A 
para um estado B, através de um processo, em que a pressão P e o 
volume V variam conforme o gráfico. 
 
Considere as seguintes afirmações sobre esse processo. 
I - A temperatura do gás diminuiu. 
II - O gás realizou trabalho positivo. 
III - Este processo é adiabático. 
Quais estão corretas? 
a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. 
d) Apenas I e III. e) I, II e III. 
 
4. ( PUC/SP-2019) Um litro de agua liquida a 100 °C, sob pressão 
normal, é vaporizado totalmente, passando a ocupar um volume de 
2,0m3. Sabendo que, nessas condições, o calor latente 
correspondente a essa mudança de fase da água é 
aproximadamente igual a 2,3 x 106 J/kg, determine, em megajoule 
(MJ), o incremento de energia interna, aproximado, nesse processo 
de expansão volumétrica isobárica: 
a) 2,1. b) 1,9. c) 1,7. d) 1,5. 
 
5. ( F AMERP-2019) Um motor funciona obedecendo ao ciclo de 
Stirling, no qual um gás ideal é submetido a duas transformações 
isotérmicas, AB e CD, e a duas transformações isovolumétricas, BC e 
DA, como mostra a figura. 
 
a) Sabendo que a temperatura do gás na transformação AB é 327 ºC 
e que a pressão nos pontos B e C valem 8,0 × 105 Pa e 4,0 × 105 Pa, 
respectivamente, calcule a temperatura do gás, em kelvins, durante 
a transformação CD. 
b) Sabendo que a área S sob a curva da transformação CD, destacada 
na figura, corresponde a uma quantidade de energia igual a 3700 J, 
calcule a quantidade de calor, em joules, que o gás libera nessa 
transformação. 
 
6. ( ESCS-2011) O diagrama PV abaixo mostra dois processos 
termodinâmicos realizados por 1 mol de um gás ideal: um processo 
adiabático que conecta os estados A e B e um processo isocórico que 
conecta os estados A e C. Os pontos B e C se encontram em uma 
isoterma. 
 
Sabendo-se que a variação de energia interna no processo isocórico 
foi de – 40,0J, então o trabalho realizado pelo gás no processo 
adiabático foi de: 
a) – 40,0J; b) 40,0 J; c) 20,0 J; 
d) – 20,0J; e) 80,0 J. 
 
7. ( EINSTEIN-2019) Para provocar a transformação gasosa ABC, 
representada no diagrama P × V, em determinada massa constante 
de gás ideal, foi necessário fornecer-lhe 1 400 J de energia em forma 
de calor, dos quais 300 J transformaram-se em energia interna do 
gás, devido ao seu aquecimento nesse processo. 
Lúmen Enem e Vestibulares 
- 2 - 
 
 
 
 
Considerando não ter havido perda de energia, o trabalho realizado 
pelas forças exercidas pelo gás no trecho AB dessa transformação foi 
de 
a) 600 J. b) 400 J. c) 500 J. d) 1100 J.e) 800 J. 
 
8. (UFG-2010) 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 acima. De acordo com o 
exposto, 
a) calcule o trabalho total em 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 do ponto A é de 300 K. 
 
9. (UEL-2014) A Revolução Industrial foi acompanhada por profundas 
transformações na Europa. Os novos meios de transporte, que 
utilizavam as máquinas térmicas recém-criadas, foram essenciais aos 
avanços relacionados à industrialização por todo o continente. 
Naquele período, foi demonstrado teoricamente que uma máquina 
térmica ideal é aquela que descreve um ciclo especial, denominado 
ciclo de Carnot. Sobre os princípios físicos da termodinâmica e do 
ciclo de Carnot, assinale a alternativa correta. 
a) As máquinas térmicas, que operam em ciclos, são incapazes de 
retirar o calor de uma fonte e o transformar integralmente em 
trabalho. 
b) Em uma máquina térmica que opera em ciclos de Carnot, ocorrem 
duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas. 
c) No ciclo de Carnot, ocorre uma transformação reversível, 
enquanto as demais são irreversíveis. 
d) O rendimento de uma máquina térmica é nulo quando as etapas 
do ciclo de Carnot forem transformações reversíveis. 
e) Uma máquina térmica é capaz de transferir calor de um ambiente 
frio para um quente sem a necessidade de consumir energia externa. 
 
10. (ESPCEX-2019) Considere uma máquina térmica X que executa 
um ciclo termodinâmico com a realização de trabalho. O rendimento 
dessa máquina é de 40% do rendimento de uma máquina Y que 
funciona segundo o ciclo de Carnot, operando entre duas fontes de 
calor com temperaturas de 27 °C e 327 °C. Durante um ciclo, o calor 
rejeitado pela máquina X para a fonte fria é de 500 J, então o trabalho 
realizado neste ciclo é de 
a) 100 J. b) 125 J. c) 200 J. d) 500 J. e) 625 J. 
 
11. ( PUC/SP-2014/2) Para uma determinada máquina térmica de 
Carnot, a relação das temperaturas absolutas entre a fonte quente e 
a fonte fria é de 10/8. A cada ciclo realizado por essa máquina, cujo 
período é de 2s, ela retira 500 cal da fonte quente. Determine a 
potência útil para essa máquina. Adote 1 cal = 4 J. 
a) 50 W b) 100 W c) 200 W d) 250 W e) 400 W 
 
12. (UFSC-2010) Admita uma máquina térmica hipotética e ideal que 
funcione de acordo com o ciclo representado no gráfico de pressão 
versus volume (p x V) abaixo. 
 
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 T 2 vale 900 K, podemos afirmar que 
a temperatura T 1 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. 
 
13. (ITA-2003) Uma certa massa de gás ideal realiza o ciclo ABCD de 
transformações, como mostrado no diagrama pressão-volume da 
figura. As curvas AB e CD são isotermas. Pode-se afirmar que 
 
a) o ciclo ABCD corresponde a um ciclo de Carnot. 
b) o gás converte trabalho em calor ao realizar o ciclo. 
c) nas transformações AB e CD o gás recebe calor. 
d) nas transformações AB e BC a variação da energia interna do gás 
é negativa. 
e) na transformação DA o gás recebe calor, cujo valor é igual à 
variação da energia interna. 
Lúmen Enem e Vestibulares 
- 3 - 
 
 
 
 
14. ( UFPR-2015) O estudo da calorimetria e das leis da 
termodinâmica nos dá explicações para vários fenômenos 
encontrados na natureza. Considere o seguinte texto que apresenta 
a explicação, do ponto de vista dessas áreas da Física, para a 
formação das nuvens: 
Quando uma porção de ar aquecido sobe, contendo água que 
acabou de __________ da superfície, passaa estar submetida a uma 
pressão cada vez __________. A rápida variação na pressão provoca 
uma rápida expansão do ar junto com uma redução de seu/sua 
__________. Essa rápida expansão é considerada __________, isto 
é, sem troca de calor com sua vizinhança, porque ocorre muito 
rapidamente. O gás em expansão __________ energia interna ao se 
expandir, e isso acarreta seu resfriamento até atingir uma 
temperatura na qual a quantidade de vapor de água é suficiente para 
saturar o ar naquele ponto e assim formar as nuvens. 
Assinale a alternativa que preenche as lacunas corretamente. 
a) evaporar, menor, temperatura, adiabática, perde. 
b) condensar, menor, volume, adiabática, ganha. 
c) evaporar, maior, temperatura, isotérmica, ganha. 
d) condensar, maior, volume, isobárica, perde. 
e) sublimar, menor, temperatura, isotérmica, ganha. 
 
15. ( UFPR-2018) Em Termodinâmica, estudamos processos 
importantes que fazem parte de ciclos utilizados em máquinas 
térmicas, alguns dos quais de grande relevância tecnológica, além de 
científica. Com relação ao que ocorre com um gás ideal, identifique 
como verdadeiras (V) ou falsas (F) as seguintes afirmativas: 
( ) Em todo processo isovolumétrico, também chamado de isocórico, 
o trabalho realizado pelo gás é nulo. 
( ) Em todo processo adiabático, a energia interna do gás é 
constante. 
( ) Em todo processo isobárico, não há trocas de calor entre o gás e 
o meio externo. 
( ) Em todo processo isotérmico, a temperatura do gás aumenta 
quando há realização de trabalho sobre ele. 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta, de cima 
para baixo. 
a) V – V – V – V. b) F – V – F – F. c) F – V – F – V. 
d) F – F – V – F. e) V – F – F – F. 
 
16. ( UNESP-2005/2) Um motor a gasolina ou a álcool pode ser 
representado por uma máquina térmica que segue o ciclo: 
 
1 → 2: expansão isobárica (admissão do combustível no cilindro à 
pressão atmosférica), representada no diagrama P × V; 
2 → 3: compressão adiabática (fechamento da válvula de admissão 
e compressão do combustível), representada no diagrama P × V; 
3 → 4: transformação isométrica (explosão, absorção de calor); 
4 → 5: expansão adiabática (realização de trabalho pelo motor, giro 
do virabrequim); 
5 → 2: transformação isométrica (exaustão, fornecimento de calor 
ao ambiente); e 
2 → 1: compressão isobárica (expulsão de gases residuais, com 
válvula de exaustão aberta, à pressão atmosférica). 
Pede-se: 
a) represente o ciclo completo deste motor em um diagrama P × V. 
b) reproduza a tabela no seu caderno de respostas e complete-a, 
atribuindo para cada um dos quatro processos o valor zero ou os 
sinais positivo (+) ou negativo (–) às grandezas τ, Q e ∆U, que são, 
respectivamente, o trabalho realizado pelo ou sobre o motor, a 
quantidade de calor recebida ou fornecida pelo motor e a variação 
da energia interna do motor. 
 
 
17. ( ENEM) A energia térmica liberada em processos de fissão 
nuclear pode ser utilizada na geração de vapor para produzir energia 
mecânica que, por sua vez, será convertida em energia elétrica. A 
seguir está representado um esquema básico de uma usina de 
energia nuclear. 
 
A partir do esquema são feitas as seguintes afirmações: 
I. a energia liberada na reação é usada para ferver a água que, como 
vapor a alta pressão, aciona a turbina. 
II. a turbina, que adquire uma energia cinética de rotação, é acoplada 
mecanicamente ao gerador para produção de energia elétrica. 
III. a água depois de passar pela turbina é pré-aquecida no 
condensador e bombeada de volta ao reator. 
Dentre as afirmações acima, somente está(ão) correta(s): 
a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 
 
18. (UFV) Em um quarto totalmente fechado há uma geladeira que 
pode ser ligada à energia elétrica. Com o objetivo de resfriar o 
quarto, um garoto, que nele se encontra, liga a geladeira, mantendo-
a de porta aberta. Você acha que esse objetivo será alcançado? 
Explique. 
 
19. (UnB-2019) A figura é um diagrama pressão (P) versus volume (V) 
de um ciclo de Carnot típico a ser obedecido por uma máquina 
reversível para que ela tenha o melhor rendimento possível. Um 
exemplo hipotético desse tipo de máquina é o motor do automóvel 
do personagem Batmam, o chamado batmóvel. Com relação ao 
diagrama e considerando que o combustível do batmóvel se 
comporte como um gás ideal, julgue os itens de 145 a 149 e faça o 
que se pede no item 150, que é do tipo D. 
Lúmen Enem e Vestibulares 
- 4 - 
 
 
 
 
145. Um processo é considerado reversível quando o sistema passa 
de um estado inicial de equilíbrio para um estado final de equilíbrio 
mediante uma sucessão de estados de equilíbrio termodinâmico. 
146. O motor do batmóvel deve alcançar um rendimento de 100%, 
dada a hipótese de que ele seja uma máquina que obedece ao ciclo 
de Carnot. 
147. Infere-se do diagrama que a relação entre as pressões e os 
volumes da isoterma do trecho 1 – 2 é P1V1 = P2V2. 
148. Se V2, V3 e P2, P3 são, respectivamente, os volumes e as pressões 
nos pontos 2 e 3 do diagrama, então a expressão seguinte apresenta 
uma relação correta entre os calores 
específicos a pressão (cP) e volume (cV) constantes do processo 
adiabático no trecho 2-3 do ciclo de Carnot. 
3 3
2 2
.log .logP V
V P
c c
V P
   
    
   
 
149. O calor Qf cedido à fonte fria é inferior a 750 J. 
150. Utilizando a figura, faça uma representação gráfica da 
temperatura T versus entropia S do ciclo de Carnot apresentado no 
diagrama. Para isso, use como ponto inicial do seu gráfico o par 
ordenado (1 J/K, 250 K) marcado na figura. 
 
 
20. (UNIFESP-2017) Uma massa constante de gás ideal pode ser 
levada de um estado inicial A a um estado final B por dois processos 
diferentes, indicados no diagrama P × V. 
 
Para ocorrer, a transformação ACDEB exige uma quantidade Q1 de 
calor e a transformação AFB exige uma quantidade Q2 de calor. 
Sendo TA e TB as temperaturas absolutas do gás nos estados A e B, 
respectivamente, calcule: 
a) o valor da razão B
A
T
T
 
b) o valor da diferença Q1 – Q2, em joules. 
 
21. (UNAERP-2017) A massa de 12g de hélio, considerando um gás 
ideal, é submetida a um processo isobárico, como mostrado no 
diagrama. 
 
Sabendo-se que o calor especifico é cP = 1,25 cal/g, podemos afirmar 
que a variação da energia interna após o processo é, 
aproximadamente, em J (dados : R = 8,31 J/mol.K, 1cal = 4,18 J) 
a) 1,51 . 104 b) 3,32 . 104 c) 5,04 . 104 
d) 6,64 . 104 e) 8,31 . 104 
 
22. (ITA-2004) Duas salas idênticas estão separadas por uma divisória 
de espessura L = 5,0cm, área A = 100m2 e condutividade térmica k = 
2,0 W/mK. O ar contido em cada sala encontra-se, inicialmente, à 
temperatura T1 = 47 ºC e T2 = 27 ºC, respectivamente. Considerando 
o ar como um gás ideal e o conjunto das duas salas um sistema 
isolado, calcule: 
a) o fluxo de calor através da divisória relativo às temperaturas 
iniciais T1 e T2. 
b) A taxa de variação de entropia 
S
t


 no sistema no início da troca 
de calor, explicando o que ocorre com a desordem do sistema. 
 
23. (UFG-2004) O esquema da figura representa um cilindro de 
paredes adiabáticas, exceto a base, a qual é diatérmica e tem uma 
área de 100cm2. A parte superior do cilindro é fechada por um pistão 
de 50kg, também adiabático, que pode mover-se livremente, 
mantendo confinada dentro do cilindro uma certa quantidade de gás 
ideal monoatômico em equilíbrio. O gás é aquecido por meio de uma 
chama colocada sob a base do recipiente até que o pistão se eleve 
10cm. 
 
 
Calcule: 
a) O trabalho realizado pelo gás sobre o pistão. 
b) A variação da energia interna do gás. 
c) O calor transferido pela chama para o gás. 
 
 
24. (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 
Lúmen Enem e Vestibulares 
- 5 - 
 
 
 
da coluna do aracima dele é de 300 N. Através de uma resistência 
elétrica de 5,0 Ω, em contato térmico com o gás, se faz circular uma 
corrente elétrica de 0,10 A 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. 
 
25. (ITA-2003) Considerando um buraco negro como um sistema 
termodinâmico, sua energia interna U varia com a sua massa M de 
acordo com a famosa relação de Einstein: ΔU = ΔM c2. Stephen 
Hawking propôs que a entropia S de um buraco negro depende 
apenas de sua massa e de algumas constantes fundamentais da 
natureza. Desta forma, sabe-se que uma variação de massa acarreta 
uma variação de entropia dada por: 
8 BGMkS
M c



.Supondo 
que não haja realização de trabalho com a variação de massa, 
assinale a alternativa que melhor representa a temperatura absoluta 
T do buraco negro. 
a) 
3
B
c
T
GMk
 b) 
28
B
Mc
T
k

 
c) 
2
8 B
Mc
T
k
 d)
3
8 B
c
T
GMk
 
e) 
38
B
c
T
GMk

 
 
26. (IME-2017) Um pesquisador recebeu a incumbência de projetar 
um sistema alternativo para o fornecimento de energia elétrica 
visando ao acionamento de compressores de geladeiras a serem 
empregadas no estoque de vacinas. De acordo com os dados de 
projeto, a temperatura ideal de funcionamento da geladeira deve ser 
4 0C durante 10 horas de operação contínua, sendo que a mesma 
possui as seguintes dimensões: 40cm de altura, 30cm de largura e 
80cm de profundidade. Após estudo, o pesquisador recomenda que, 
inicialmente, todas as faces da geladeira sejam recobertas por uma 
camada de 1,36cm de espessura de um material isolante, de modo a 
se ter um melhor funcionamento do dispositivo. Considerando que 
este projeto visa a atender comunidades remotas localizadas em 
regiões com alto índice de radiação solar, o pesquisador sugere 
empregar um painel fotovoltaico que converta a energia solar em 
energia elétrica. Estudos de viabilidade técnica apontam que a 
eficiência térmica da geladeira deve ser, no mínimo, igual a 50% do 
máximo teoricamente admissível. Baseado em uma análise 
termodinâmica e levando em conta os dados abaixo, verifique se a 
solução proposta pelo pesquisador é adequada. 
Dados : condutividade térmica do material isolante: 0,05 W/m0C; 
- Temperatura ambiente da localidade: 34 0C; 
- Insolação solar média na localidade: 18 MJ/m2 em 10 horas de 
operação contínua; 
- Rendimento do painel fotovoltaico: 10%; 
- Área do painel fotovoltaico: 2m2. 
 
G ABARITO 
1. D 
2. Em sala. 
3. A 
4. A 
5. a) 300 K b) 3700 J 
6. B 
7. C 
8. a) -1,25  105 J c) 1500 K 
9. A 
10. B 
11. C 
12. Soma = 38 
13. E 
14. A 
15. E 
16. Em sala. 
17. D 
18. Em sala. 
19. C E C E E 
20. a) 7,5 b) 900 J 
21. A 
22. a) 80 kW b) 16,7 W/K 
23. a) 150 J b) 225 J 
 c) 375 J 
24. a) 30,0 J b) 21,0 J 
25. D 
26. A solução não é adequada.