Atividade A4 FÍSICA - DINÂMICA E TERMODINÂMICA

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Pergunta 1)
Uma máquina térmica é um dispositivo cíclico, que converte a maior quantidade possível de calor em trabalho. O rendimento ou eficiência img5ffdfaa1166_20211113002721.gif de uma máquina térmica é dado pelo quociente entre o trabalho efetuado pela máquina e a quantidade de calor recebido. Leia com atenção as afirmações a seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
I. ( ) É possível construir uma máquina térmica com 100% de rendimento ou eficiência.
II. ( ) Numa máquina térmica ideal, os processos são reversíveis e não ocorrem desperdícios nas transferências de energia.
III. ( ) Os veículos automotores, a máquina a vapor e a turbina a vapor são máquinas térmicas que convertem a maior quantidade possível de calor em trabalho.
IV. ( ) Uma máquina térmica é um dispositivo que retira energia na forma de calor e não realiza trabalho.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Resposta: F, V, V F.
Resposta correta. A sequência está correta, pois os melhores motores de combustão apresentam um rendimento de cerca de 50%; é impossível 100% de rendimento numa máquina térmica. Elas são dispositivos cíclicos que convertem calor em trabalho e seu rendimento é a razão entre o trabalho efetuado e o calor recebido.
Pergunta 2)
Entropia é uma função termodinâmica, representada por img5ffdfaa1160_20211113002659.gif que, tal como a pressão img5ffdfaa1161_20211113002700.gif, o volume img5ffdfaa1162_20211113002700.gif, a temperatura img5ffdfaa1163_20211113002700.gif e a energia interna img5ffdfaa1164_20211113002700.gif, é uma função do estado de um sistema térmico. Como a entropia é uma função de estado, a sua variação img5ffdfaa1165_20211113002700.gif, quando o sistema passa de um estado para outro, só depende dos estados inicial e final, e não do processo pelo qual a mudança ocorre. Sobre essa função, leia atentamente as afirmações a seguir e assinale V para a(s) Verdadeira(s) e F para a(s) Falsa(s).
 
	( ) O conceito de Entropia na termodinâmica é dado pela medida da desordem das partículas num sistema físico.
	( ) Se o sistema recebe calor, isto é, Q > 0, isso significa que as moléculas se agitam mais e assim há um aumento da Entropia.
	( ) Se o sistema cede calor, isto é, Q < 0, isso significa que as moléculas se agitam menos e assim há uma diminuição da Entropia.
	( ) Se o sistema não recebe e nem cede calor, isto é, Q = 0, então a Entropia aumenta.
 
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
Resposta: V, V, V F.
Resposta correta. A sequência está correta, pois a entropia é uma estimativa quantitativa da desordem das partículas de um sistema físico. Ela depende apenas do estado presente do sistema, ou seja, estado inicial e final. A quantidade de calor recebida ou cedida por um sistema definirá o aumento ou diminuição de sua Entropia.
Pergunta 3)
Num recipiente cilíndrico de volume img5ffdfaa118_20211113002701.gif contém um gás ideal em confinamento. A pressão sobre o gás é de img5ffdfaa119_20211113002701.gife a temperatura é de img5ffdfaa120_20211113002701.gif, após o equilíbrio. Nessas condições, podemos afirmar que o número de mols desse gás, considerando o valor da constante universal dos gases img5ffdfaa121_20211113002701.gif no sistema internacional de unidades (SI) com valor de img5ffdfaa122_20211113002701.gif, é de aproximadamente:
Resposta: img5ffdfaa132_20211113002703.gif
Resposta correta. A alternativa está correta, pois o número de mols de um gás, considerando o valor da constante universal dos gasesimg5ffdfaa123_20211113002702.gifno sistema internacional de unidades (SI) com valor deimg5ffdfaa124_20211113002702.gif, nas condições do problema, é de:img5ffdfaa125_20211113002702.gif
Pergunta 4)
Vamos considerar um gás ideal e que 1,2 mols desse gás ocupe um volume de img5ffdfaa16_20211113002722.gif. Se uma pressão de img5ffdfaa17_20211113002722.gif atuar sobre esse gás, qual será a temperatura do mesmo, considerando o valor da constante universal dos gases img5ffdfaa18_20211113002722.gif, no sistema internacional de unidades (SI) com valor de img5ffdfaa19_20211113002722.gif? Assinale a alternativa que nos fornece o valor aproximado da temperatura.
Resposta: 300K
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a temperatura do gás, considerando-se o valor da constante universal dos gasesimg5ffdfaa110_20211113002722.gif, no sistema internacional de unidades (SI) com valor deimg5ffdfaa111_20211113002722.gifé dado por:img5ffdfaa112_20211113002723.gif. Logo, fazendo o cálculo para 1.2 mols desse gás, teremos:img5ffdfaa113_20211113002723.jpg
Pergunta 5)
Vamos imaginar a situação seguinte: Realiza-se um trabalho, img5ffdfaa188_20211113002724.gifde 40kJ sobre um sistema termodinâmico que perde img5ffdfaa189_20211113002724.gif de calor, durante um certo período. Essa perda de calor é devido à ineficiência do isolamento do sistema. Observando esse processo, assinale a alternativa que apresenta a variação de energia interna do sistema. Utilizaremos img5ffdfaa190_20211113002724.gif
Resposta: img5ffdfaa197_20211113002726.gif
Resposta correta. A alternativa é correta, pois a variação na energia interna de um sistema é igual ao calor transferido para o sistema, mais o trabalho realizado sobre o mesmo. Utilizando esse conceito e fazendo a conversão de unidades, deimg5ffdfaa191_20211113002725.giftemos queimg5ffdfaa192_20211113002725.gif, uma vez queimg5ffdfaa193_20211113002725.gif
Pergunta 6)
Dada uma transformação gasosa reversível, observamos que a energia interna dessa transformação foi de img5ffdfaa1102_20211113002657.gif. Durante esse período, o gás foi comprimido e o trabalho realizado pela força de pressão do gás foi de img5ffdfaa1103_20211113002657.gif. Nessas condições, podemos afirmar que a quantidade de calor recebida foi de aproximadamente:
Resposta: img5ffdfaa1112_20211113002659.gif
Resposta correta. A alternativa está correta, pois como a energia interna da transformação foi deimg5ffdfaa1104_20211113002657.gife o trabalho realizado pela força de pressão do gás foi deimg5ffdfaa1105_20211113002658.gif, então temos, pela primeira lei da termodinâmica, queimg5ffdfaa1106_20211113002658.gif+img5ffdfaa1107_20211113002658.gif
Pergunta 7)
Maria colocou uma chaleira com água no fogão para fazer um chá para suas amigas que estavam para chegar. Arrumou a mesa da sala de jantar para recebê-las com um chá da tarde delicioso. Ficou observando a chaleira no fogo e, então, percebeu que a transmissão de calor é feita através da base da chaleira para a água, e daí para o restante da água. Analisando a observação, você diria que o calor se transmitiu por quais processos predominantemente? Assinale a alternativa correta.
Resposta: Condução e convecção
Resposta correta. A alternativa está correta, pois o calor da chama se propaga através da base da chaleira por condução. Em seguida, o calor da chama se propaga através da base da chaleira por condução térmica. A base da chaleira, que está em contato com a água, aquece a água e então o restante dessa água será aquecida pelo processo de convecção térmica. Assim, o calor se transmitiu predominantemente pelos processos de condução e convecção, respectivamente.
Pergunta 8)
Vimos que a transferência de energia térmica pode ser realizada por três processos diferentes: a condução, a convecção e a radiação. A convecção é o processo que ocorre entre uma superfície e um fluido em movimento (o vento, por exemplo). Sobre esse processo de transferência de calor, assinale a alternativa correta.
Resposta: Um exemplo clássico é o ar-condicionado, que apresenta um melhor desempenho quando é colocado em um lugar mais alto.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois a convecção térmica é um dos processos de transmissão do calor que ocorre nos líquidos e gases. A transmissão do calor acontece por meio das correntes de convecção circulares, as quais se formam por conta da diferença de densidade entre os fluidos, e ocorre entre uma superfície e umfluido em movimento.
Pergunta 9)
Gabriel está aos prantos e quer sua mamadeira urgente. Sofia, sua mãe, apavorada com tanto choro, coloca a vasilha de leite, que ainda está quente, para resfriar dentro de um recipiente metálico com gelo, para que o resfriamento seja mais rápido. Sofia trabalha num laboratório de Física e sabe que um recipiente metálico é mais conveniente que um recipiente de vidro, pois o metal, em relação ao vidro, apresenta um maior valor de:
Resposta: condutividade térmica.
Resposta correta. A alternativa está correta, pois os metais têm maior função de condutividade térmica que o vidro. Materiais com alta condutividade térmica implicam em maior rapidez na condução de calor do que os materiais com baixa condutividade térmica, por isso a escolha de uma vasilha metálica em vez de uma vasilha de vidro.
Pergunta 10)
Uma determinada máquina térmica foi analisada numa indústria automotiva e apresentou um rendimento de 45%. Sabe-se que essa máquina recebe 200J de energia térmica de um reservatório quente em cada ciclo e descarrega uma certa quantidade de energia térmica no reservatório frio por ciclo. Pergunta-se: qual o trabalho efetuado por ciclo e qual a quantidade de energia descarregada por ciclo? Assinale a alternativa correta.
Resposta: img5ffdfaa1121_20211113002721.gif
Resposta correta. A alternativa está correta, pois para a solução desse problema utilizaremos primeiro a definição de eficiência ou rendimento de uma máquina térmica, dada porimg5ffdfaa1114_20211113002719.gif. A quantidade de energia descarregada por ciclo é calculada pela equaçãoimg5ffdfaa1115_20211113002719.gifEntão, o trabalho efetuado por ciclo e a quantidade de energia descarregada por ciclo é, respectivamente,img5ffdfaa1116_20211113002720.gif