Prova 3ºEE 2013.1

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Universidade Federal de Pernambuco – Departamento de F´ısica
3o Exerc´ıcio Escolar de F´ısica Geral 2 – 11/09/2013
A
Nome:
N◦ de matr´ıcula/CPF: Turma:
Questo˜es objetivas. Nas questo˜es abaixo, marque com um X uma das
alternativas a), b), c) etc. Questo˜es com mais de uma opc¸a˜o marcadas na˜o
sera˜o pontuadas.
Objetivas:
7a Questa˜o:
8a Questa˜o:
NOTA:
1a Questa˜o (1,0 ponto) Uma amostra de cha´ quente e uma amostra de gelo sa˜o coloca-
das em um recipiente termicamente isolado e se espera ate´ que entrem em equil´ıbrio. O
gra´fico ao lado ilustra a dependeˆncia temporal da temperatura das amostras. Admitindo
que as propriedades te´rmicas do cha´ sa˜o ideˆnticas a` da a´gua, considere as afirmac¸o˜es
abaixo sobre a situac¸a˜o de equil´ıbrio:
(i) A temperatura de equil´ıbrio esta´ acima da temperatura de congelamento da a´gua.
(ii) O l´ıquido congelou parcialmente.
(iii) O gelo derreteu parcialmente.
t
T
Quais sa˜o verdadeiras? a) Todas. b) Apenas (iii). c) Apenas (i). d) Apenas (ii).
e) (ii) e (iii). f) (i) e (iii). g) (i) e (ii).
2a Questa˜o (1,0 ponto) O interior de uma casa e´ mantido a uma temperatura constante, abaixo da
temperatura do ambiente exterior, por condicionadores de ar instalados em cada coˆmodo. No coˆmodo A, a
parede em contato com o ambiente externo tem a´rea de 9 m2 e espessura de 0,15 m e o aparelho opera com
uma poteˆncia u´til de 1,5 kW. No coˆmodo B a parede em contato com o ambiente externo e´ constitu´ıda do
mesmo material, mas tem espessura de 0,2 m e a´rea de 4 m2. Qual e´ a poteˆncia u´til do aparelho do coˆmodo
B em kW?
a) 3,0 b) 1,5 c) 0,5 d) 6,0 e) 2,0 f) 1,0 g) 1,2 h) 5,0
3a Questa˜o (1,0 ponto) Uma ga´s passa pelo ciclo abca mostrado no diagrama p − V
ao lado. O trabalho total realizado e´ +1,7 J. Ao longo da trajeto´ria ab, a variac¸a˜o de
energia interna e´ +2,0 J e o valor absoluto do trabalho realizado e´ 4,0 J. Ao longo da
trajeto´ria ca, a energia transferida na forma de calor e´ +2,5 J. Qual das alternativas
abaixo corresponde respectivamente aos valores em joules (J) de: energia transferida em
forma de calor ao longo da trajeto´ria bc e o calor total no ciclo?
p
V
a b
c
a) −6,8 e +1,7 b) +2,3 e −1,7 c) −4,0 e +2,0 d) −9,3 e 0,0 e) +9,3 e +5,5 f) +2,3 e +1,7
4a Questa˜o (1,0 ponto) Em 3 experimentos distintos, um ga´s dilu´ıdo
e´ mantido em equil´ıbrio dentro de um recipiente em temperaturas dife-
rentes. A figura ao lado mostra a distribuic¸a˜o de equil´ıbrio das veloci-
dades moleculares do ga´s nos 3 experimentos. No final de cada experi-
mento, liga-se um dispositivo que permite que todas as mole´culas com
velocidade superior a vesc = 600 m/s escapem do recipiente. Considere
as afirmac¸o˜es abaixo:
1
2
3
300 600 900 1200 1500
vIm
s
M
PHvL
(i) T1 > T2 > T3.
(ii) A probabilidade de uma mole´cula escapar do recipiente e´ maior no experimento 3.
(iii) No experimento 2 o nu´mero de mole´culas que escapam e´ maior que 50% do total de mole´culas.
Quais sa˜o verdadeiras? a) Todas. b) Apenas (iii). c) Apenas (i). d) Apenas (ii).
e) (ii) e (iii). f) (i) e (iii). g) (i) e (ii).
Universidade Federal de Pernambuco – Departamento de F´ısica
3o Exerc´ıcio Escolar de F´ısica Geral 2 – 11/09/2013
A
5a Questa˜o (1,0 ponto) Calcule a variac¸a˜o de entropia associada ao processo de evaporac¸a˜o de 210g de
mercu´rio, sabendo que o material evapora a 357 ◦C.
(Dados: calor latente de evaporac¸a˜o = 300 kJ/kg; calor espec´ıfico a` temperatura ambiente = 140 J/kg.K)
a) 63,0 J/K b) 63,0 kJ/K c) 300 J/K d) 300 kJ/K e) 100 J/K f) 630 J/K g) 3,00 kJ/K
6a Questa˜o (1,0 ponto) Considere os processos: (i) Um objeto e´ lanc¸ado sobre uma mesa com coeficiente
de atrito cine´tico µ e, devido a` ac¸a˜o do atrito, atinge o repouso apo´s certo intervalo de tempo; (ii) Um
ga´s confinado a um recipiente em contato com um reservato´rio te´rmico expande isotermicamente. Qual das
alternativas abaixo corresponde, respectivamente, a` variac¸a˜o de entropia do sistema objeto+mesa no
processo (i) e a variac¸a˜o da entropia do ga´s no processo (ii).
a) ∆S > 0, ∆S > 0. b) ∆S < 0, ∆S < 0. c) ∆S > 0, ∆S = 0. d) ∆S > 0, ∆S < 0.
e) ∆S < 0, ∆S = 0. f) ∆S < 0, ∆S > 0. g) ∆S = 0, ∆S > 0. h) ∆S = 0, ∆S < 0.
Questo˜es discursivas. Nas questo˜es abaixo, so´ sera˜o aceitas respostas acompanhadas do respectivo
desenvolvimento no caderno de respostas.
7a Questa˜o (2,0 pontos) Quando 20 J sa˜o adicionados na forma de calor a certo ga´s ideal sujeito a` pressa˜o
atmosfe´rica (1,0×105 Pa), seu volume aumenta de 5,0×10−5 m3 para 10 × 10−5 m3.
a) (1,5 ponto) Calcule os calores espec´ıficos molares Cp e Cv deste ga´s. Expresse suas respostas em
termos de R.
b) (0,5 ponto) Determine o nu´mero f de graus de liberdade das mole´culas do ga´s e responda se este ga´s
e´ monoatoˆmico, diatoˆmico ou poliatoˆmico (suponha que as mole´culas na˜o vibram).
8a Questa˜o (2,0 pontos) A ma´quina de Stirling funciona com um ciclo
termodinaˆmico formado de 4 processos mostrados no diagrama p-V ao lado.
Os processos AB e CD sa˜o isote´rmicos enquanto BC e DA sa˜o isovolume´tricos.
Suponha que a substaˆncia de trabalho sa˜o 2,00 mols de um ga´s ideal diatoˆmico
e que o motor opera entre as temperaturas Tq = 500 K e Tf = 400 K. (Quando
necessa´rio use R = 8 J/mol.K e ln(3) = 1)
a) (1,0 ponto) Calcule, para o ciclo, o calor absorvido e o trabalho reali-
zado pelo ga´s sabendo que V2 = 3V1.
b) (1,0 ponto) Calcule a eficieˆncia deste motor e compare com a eficieˆncia
de uma ma´quina de Carnot operando entre as temperaturas mais alta e
mais baixa do ciclo. Expresse os resultados na forma de frac¸a˜o.
A
B
C
D
V1 V2
V
p