Tópicos de Física 2 - Parte 1-202-204

Prévia do material em texto

200 UNIDADE 1 | TERMOLOGIA
 88. (UnB-DF) Quanto aos processos sofridos por gases 
ideais entre dois estados, julgue os itens a seguir: 
a) Num processo isotérmico, há troca de calor 
com o meio exterior.
b) Num processo adiabático, não há transferência 
de calor para o meio exterior.
c) Um processo adiabático é um processo lento, 
em que a variação de energia do gás é igual ao 
trabalho realizado sobre este.
d) Um processo isotérmico é um processo lento, 
no qual há variação na energia interna do gás.
e) Num processo isotérmico, a energia cinética 
média das moléculas é a mesma nos estados 
inicial e final.
f) Num processo isotérmico de compressão de 
um gás, a pressão exercida sobre as paredes 
do recipiente que contém o gás aumentará.
g) Num processo adiabático, a variação de ener-
gia do gás é nula.
h) A temperatura do gás no estado final depende 
do processo seguido e da natureza do gás.
 89. Uma determinada amostra de gás monoatômico, 
que se comporta como um gás ideal, desenvolve 
sucessivas transformações retornando à sua si-
tuação inicial, percorrendo o ciclo termodinâmico 
representado no diagrama a seguir.
0 200
B C
D
A
1200
2
4
p (Pa)
T (K)
Sabendo que o volume inicial do gás era 1,0 m3, de-
terminar o trabalho realizado ao completar um ciclo.
90. (UFC-CE) O ciclo diesel, 
mostrado na figura ao 
lado, representa o com-
portamento aproxima-
do de um motor diesel. 
A substância de traba-
lho desse motor pode 
ser considerada um gás 
ideal. O processo a → b é uma compressão adia-
bática, o processo b → c é uma expansão a pres-
são constante, o processo c → d é uma expansão 
adiabática e o processo d → a é um resfriamento 
a volume constante.
Com relação a esses processos, a opção correta é:
a) No processo a → b a energia interna do siste-
ma não varia.
b) No processo b → c a energia interna do siste-
ma diminui.
c) No processo c → d a energia interna do siste-
ma diminui.
d) No processo d → a a energia interna do siste-
ma aumenta.
e) No ciclo completo a variação da energia inter-
na é positiva.
 91. (IME-RJ) Um gás ideal e monoatômico contido 
em uma garrafa fechada com 0,1 m³ está inicial-
mente a 300 K e a 100 kPa. Em seguida, esse gás 
é aquecido, atingindo 600 K. Nessas condições, o 
calor fornecido ao gás, em kJ, foi?
a) 5
b) 10
c) 15
d) 30
e) 45
 92. (Ufla-MG) A figura mostra, em 
corte, um cilindro de paredes 
adiabáticas (não há troca de 
calor), provido de um êmbolo 
superior móvel. No interior do 
cilindro, encontram-se n mols 
de um gás ideal. A pressão 
atmosférica pa local é de 
1 atm e a pressão dos pesos 
sobre o êmbolo móvel é de 
5 atm. A área da base do ci-
lindro e do êmbolo móvel é de 
5 ? 1023 m2. Na condição de equilíbrio mostrada, 
h 5 16 cm e a temperatura do gás é 300 K.
Considerando 1 atm 5 1,0 ? 105 N/m2 e R 5 8 J/molK, 
calcule:
a) o número de mols (n) contido no cilindro;
b) a força em newtons que o gás realiza sobre o 
êmbolo móvel.
Em seguida, a temperatura do gás é elevada para 
420 K, mantendo-se a pressão constante.
Calcule:
c) o deslocamento Dh (cm) do êmbolo móvel;
d) o trabalho realizado pelo gás, em joules.
Nível 3Exercícios
p
a
Dh
h
B
a
n
c
o
 d
e
 i
m
a
g
e
n
s
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
p
re
ss
ã
o
volume
b c
d
a
2CONECTEFis_MERC18Sa_U1_Top5_p160a207.indd 200 7/7/18 2:16 PM
201TÓPICO 5 | TERMODINÂMICA
 93. (IF-UFRJ) Um mol de um gás ideal de capacidade 
térmica molar a volume constante CV 5 3
R
2
 (onde 
R é a constante universal dos gases), descreve o 
ciclo ABCA esquematizado na figura abaixo no 
plano (p, T ). Sejam UX a energia interna do gás no 
estado X, WX → Y o trabalho realizado pelo gás no 
processo X → Y e QX → Y o calor fornecido ao gás 
no processo X → Y.
T
0
A C
B
2T
0
p
0
2p
0
p
T (K)
Marque a afirmativa correta.
a) O processo AB é isotérmico e QA → B 5 0.
b) O processo BC é isovolumétrico e QB → C 5 RT0.
c) WB → C . 0 e VC 5 2VA.
d) WA → B , 0 e DU no ciclo é nulo.
 94. (Cesgranrio) Um cafezinho bem quente, se dei-
xado em cima da mesa, cederá calor para o meio 
ambiente ao seu redor, até que sua temperatura 
se iguale à do meio. Nesse processo, há diminui-
ção da temperatura do cafezinho a volume cons-
tante, permanecendo sempre constante a tem-
peratura do meio. Este é um exemplo de um 
processo irreversível onde há uma direção tem-
poral permitida pelas Leis da Termodinâmica. A 
respeito da variação total de entropia nesse pro-
cesso, é correto afirmar que a entropia:
a) aumenta, considerando o café mais o ambien-
te, por se tratar de processo irreversível;
b) aumenta no início do processo, tendendo a se 
estabilizar e a permanecer constante;
c) se mantém constante, sem que se observe 
qualquer variação nesse caso;
d) diminui, considerando o café mais o ambiente, 
por se tratar de processo irreversível;
e) diminui, por se tratar de um caso especial.
 95. Em 1865, Rudolf Clausius usou pela primeira vez 
o conceito de entropia como sendo uma medida 
de desordem do sistema físico estudado. Ele es-
tabeleceu a variação de entropia (DS) de um sis-
tema, quando se agrega uma quantidade de calor 
(Q), mediante um processo reversível a uma tem-
peratura absoluta (T ), como sendo a razão:
S
Q
T
D 5
Assim, considere um sistema constituído de 3,0 kg 
de água líquida a 100 8C. Mantendo-se a pressão 
constante em 1,0 atm, calcule a variação de entro-
pia do sistema para transformar essa água em 
vapor, a 100 8C.
Dado: calor de vaporização da água 5 540 cal/g
 96. (PUC-SP) Um automóvel com motor 1.0 (volume 
de 1,0 litro), conhecido pelo seu menor consumo 
de combustível, opera com pressão média de 8 atm 
e 3 300 rpm (rotações por minuto), quando movido 
a gasolina. O rendimento desse motor, que conso-
me, nessas condições, 4,0 g/s (gramas por segundo) 
de combustível, é de aproximadamente:
a) 18% b) 21% c) 25% d) 27% e) 30%
Considere:
Calor de combustão da gasolina 5 11 100 cal/kg
1 atm 5 105 N/m2; 1 cal 5 4J; 1 L 5 1023 m3
1 rotação corresponde a 1 ciclo
97. (UFRGS-RS) Sob condições de pressão constante, 
certa quantidade de calor Q, fornecida a um gás 
ideal monoatômico, eleva sua temperatura em DT. 
Quanto calor seria necessário, em termos de Q, 
para produzir a mesma elevação de temperatura 
DT, se o gás fosse mantido em volume constante?
a) 3Q b) 
5
3
Q c) Q d) 
3
5
Q e) 
2
5
Q
 98. (SEPLAG-MG) As primeiras máquinas térmicas, 
inventadas no século XVIII, além de bastante pre-
cárias, apresentavam rendimentos muito baixos, 
isto é, consumiam grande quantidade de combus-
tível para produzir trabalho relativamente pequeno.
Por volta de 1770, o inventor escocês James Watt 
apresentou um novo modelo de máquina térmica, 
que veio substituir aquelas então existentes. A 
máquina de Watt foi inicialmente empregada para 
movimentar moinhos e acionar as bombas que 
retiravam água de minas subterrâneas e, poste-
riormente, nas locomotivas e barcos a vapor.
Acerca desse tema, assinale a afirmativa incorreta.
a) O cálculo da eficiência térmica («) pela expres-
são, 1
T
T
F
Q
« 5 2 em que TF é a temperatura da 
fonte fria e TQ é a temperatura da fonte quente, 
aplica-se a qualquer tipo de máquina.
b) O enunciado de Clausius afirma ser impossível 
um processo cujo único resultado efetivo seja 
o de retirar calor de um reservatório frio e li-
berar a mesma quantidade de calor para um 
reservatório quente.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
2CONECTEFis_MERC18Sa_U1_Top5_p160a207.indd 201 7/7/18 2:16 PM
202 UNIDADE 1 | TERMOLOGIA
c) Se, durante cada ciclo, uma máquina térmica 
absorve 200 J de calor de um reservatório 
quente, realiza trabalho e libera 160 J para re-
servatório frio, então o rendimento dessa má-
quina é de 20%.
d) O teorema de Carnot afirma que nenhuma má-
quina, trabalhando entre dois reservatórios 
térmicos,pode ser mais eficiente do que uma 
máquina reversível que trabalhe entre os dois 
reservatórios.
e) É impossível para uma máquina térmica, ope-
rando em um ciclo, produzir como único efeito 
o de retirar calor de um único reservatório e 
realizar uma quantidade equivalente de trabalho.
 99. (PUC-SP) Um motor de potência 2,5 c.v. absorve 
925 cal/s de uma fonte térmica quente, cuja tem-
peratura é de 927 8C. Sendo a temperatura da 
fonte fria de 80,6 8F, determine a razão entre o 
rendimento de um motor de Carnot que operasse 
entre essas mesmas fontes térmicas e o rendi-
mento do referido motor.
a) 0,75
b) 1,00
c) 1,50
d) 2,00
Dado: 1 c.v. (cavalo vapor) 5 740 W
 100. (Unicamp-SP) Com a instalação do gasoduto Bra-
sil–Bolívia, a quota de participação do gás natural 
na geração de energia elétrica no Brasil será sig-
nificativamente ampliada. Ao se queimar 1,0 kg 
de gás natural obtêm-se 5,0 ? 107 J de calor, par-
te do qual pode ser convertido em trabalho em 
uma usina termoelétrica. Considere uma usina 
queimando 7 200 quilogramas de gás natural por 
hora, a uma temperatura de 1 227 8C. O calor não 
aproveitado na produção de trabalho é cedido para 
um rio de vazão 5 000 L/s, cujas águas estão ini-
cialmente a 27 8C. A maior eficiência teórica da 
conversão de calor em trabalho é dada por 
1h5 2
T
T
min
máx
 , sendo Tmáx e Tmín as temperaturas 
absolutas das fontes quente e fria respectivamen-
te, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor 
específico da água c 5 4 000 J/kg8C. 
a) Determine a potência gerada por uma usina 
cuja eficiência é metade da máxima teórica.
b) Determine o aumento de temperatura da água 
do rio ao passar pela usina.
 101. (Vunesp) Num lugar onde g 5 9,8 m/s2, um cor-
po metálico de massa m 5 2,0 kg cai de 209 m 
de altura. Supondo que todo o calor produzido 
no impacto permaneça no corpo, e sabendo que 
sua temperatura se elevou em 10 8C, qual é, 
aproximadamente, o calor específico do material 
do corpo, em cal/g8C?
Dado: 1 cal 5 4,18 J
 102. (UFRN) A figura 1, abaixo, representa o martelo 
de massa M, de um bate-estaca, suspenso por 
um cabo a uma altura h, em relação à superfície 
superior do êmbolo de um pistão. Em determi-
nado instante, o cabo é cortado, e o martelo cai 
livremente sobre o pistão. Com o impacto, o êm-
bolo do pistão comprime adiabaticamente 2 mol 
de um gás ideal contidos no interior do pistão, 
conforme Figura 2, também abaixo.
M
h
M
figura 1 figura 2
pistão
martelo
Dados:
• expressão da 1a Lei da Termodinâmica: 
DU 5 Q 2 W;
• expressão da variação da energia interna: 
U 3
2
nR T




D 5 D
Considere:
• aceleração da gravidade: g 5 10 m/s2;
• massa do martelo do bate-estaca: M 5 5,0 kg;
• altura à qual está suspenso o martelo: h 5 6,0 m;
• constante universal dos gases ideais: 
R 5 8,0 J/mol ? K;
• o pistão e o respectivo êmbolo são constituí-
dos de material isolante térmico.
A partir dessas informações,
a) descreva as transformações de energia que 
ocorreram no sistema, considerando a evolu-
ção deste, desde o momento em que o mar-
telo é solto até o instante em que o êmbolo 
atinge a sua posição final de equilíbrio;
b) calcule a variação de temperatura, DT, do gás, 
supondo que, no instante em que o martelo 
atinge o êmbolo, 80% da energia deste é usada 
para comprimir o gás.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
2CONECTEFis_MERC18Sa_U1_Top5_p160a207.indd 202 7/7/18 2:16 PM