Exercícios de termodinâmica 01

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Exercícios de termodinâmica 01

  1. 1. P V i f I II Lista de questões de Termodinâmica 01) Um colega lhe pergunta: - É possível ceder calor a um gás e sua temperatura não sofrer variação? Você deverá responder corretamente: (A) Sim, porque este calor pode aparecer em forma de energia interna do gás. (B) Não, porque sempre que se cede calor a um corpo sua temperatura aumenta. (C) Sim, porque o gás pode realizar um trabalho sobre sua vizinhança exatamente igual ao calor fornecido a ele. (D) Não, porque o calor é um forma de energia e a energia sempre se conserva. (E) Sim, porque este calor pode ser empregado no aumento da energia cinética das moléculas do gás. 02) Um gás sofre a transformação cíclica ABCA, indicado no gráfico ao lado. A variação da energia interna e o trabalho realizado pelo gás valem, respectivamente: (A) U = 0J e W = 0J (B) U = 0J e W = 8,0  102 J (C) U = 0,5  102 J e W = 1,5  103 J (D) U = 8,0  10 2 J e W = 0J (E) U = 8,5  10 2 J e W = 8,0  10 2 J 03) Observe o diagrama pressão (P) x volume (V). Nesse diagrama, um sistema evolui de um estado inicial i para um estado final f, através de dois processos diferentes, I e II. No processo I, o sistema recebe 100cal de calor e realiza um trabalho de 80cal. Se, no processo II, o sistema realizar um trabalho de 50cal, pode-se afirmar que o calor absorvido por ele, nesse processo, será de: (A) 130cal (B) 100cal (C) 70cal (D) 50cal (E) 30cal 04) Considere as seguintes afirmações: 1°) A tabela seguinte fornece a temperatura t, na qual a água em ebulição, em função da pressão p, que é exercida sobre ela. p(cmHg) 150 76 72 67 64 t(°C) 120 100 98 97 95 2°) A cada 100m de elevação na atmosfera terrestre corresponde uma diminuição de, aproximadamente, 1cmHg na pressão atmosférica (para altitudes não muito grandes). 3°) Em uma certa cidade, um estudante verificou que a água, em uma panela aberta, entrava em ebulição a 95ºC. Tendo em vista estas informações, o estudante pode concluir que a altitude aproximada da cidade em relação ao nível do mar é de: (A) 50m (B) 100m (C) 500m (D) 1200m (E) 3500m A 600 p (N/m ) 2 200 1,0 P V f I Lista de questões de Termodinâmica É possível ceder calor a um gás e sua temperatura não sofrer variação? Você deverá responder (A) Sim, porque este calor pode aparecer em forma de aumento na (B) Não, porque sempre que se cede calor a um corpo sua (C) Sim, porque o gás pode realizar um trabalho sobre sua vizinhança ma de energia e a energia sempre se (E) Sim, porque este calor pode ser empregado no aumento da , indicado no gráfico ao trabalho realizado pelo gás Observe o diagrama pressão (P) x volume (V). Nesse diagrama, um sistema evolui de um estado inicial i para um estado final f, através de de calor e realiza um trabalho de 80cal. Se, no processo II, o sistema realizar um trabalho de 50cal, se afirmar que o calor absorvido por ele, nesse processo, será 1°) A tabela seguinte fornece a temperatura t, na qual a água em ebulição, em função da pressão p, que é exercida sobre ela. 60 56 93 92 A cada 100m de elevação na atmosfera terrestre corresponde uma diminuição de, aproximadamente, 1cmHg na pressão atmosférica 3°) Em uma certa cidade, um estudante verificou que a água, em uma Tendo em vista estas informações, o estudante pode concluir que a altitude aproximada da cidade em relação ao nível do mar é de: 05) Uma seringa, com a extremidade fechada, contém uma cer quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura: Considere o ar como um gás ideal. Sabe energia interna é proporcional à sua temperatura. Com base nessas informações, é seringa, (A) a pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui. (B) a pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta. (C) a pressão e a temperatura do ar aumentam. (D) a pressão e a temperatura do ar 06) Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido, como representado nesta figura: Com base nessas informações, é processo, (A) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido. (B) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido. (C) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna igual ao calor fornecido. (D) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido. 07) (ENEM 2011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso si dizer que há vazamento de energia em outra forma. Carvalho, A.X.Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a (A) liberação de calor dentro do motor ser impossível. (B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. (C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. (D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. (E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. 08) (ENEM 2010) Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a seguinte experiência: B C 5,0 V (m )3 Uma seringa, com a extremidade fechada, contém uma certa quantidade de ar em seu interior. Sampaio puxa, rapidamente, o êmbolo dessa seringa, como mostrado nesta figura: Considere o ar como um gás ideal. Sabe-se que, para um gás ideal, a energia interna é proporcional à sua temperatura. sas informações, é CORRETO afirmar que, no interior da (A) a pressão do ar aumenta e sua temperatura diminui. (B) a pressão do ar diminui e sua temperatura aumenta. (C) a pressão e a temperatura do ar aumentam. (D) a pressão e a temperatura do ar diminuem. Um cilindro é fechado por um êmbolo que pode se mover livremente. Um gás, contido nesse cilindro, está sendo aquecido, Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que, nesse pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é (B) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é igual ao calor fornecido. (C) a pressão do gás aumenta e o aumento da sua energia interna é (D) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido. Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento de energia em outra forma. Carvalho, A.X.Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a eração de calor dentro do motor ser impossível. (B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. (C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. (D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. potencial do combustível ser incontrolável. Sob pressão normal (ao nível do mar), a água entra em ebulição à temperatura de 100°C. Tendo por base essa informação, um garoto residente em uma cidade litorânea fez a
  2. 2. • Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão de sua casa. • Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbol aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando seguida. • Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, intrigado, que a água voltou a ferver após um pequeno deslocamento do êmbolo. Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque esse deslocamento (A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da seringa. (B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contid (C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição da água. (D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que diminui o ponto de ebulição da água. (E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua ebulição. 09) (ENEM 2009) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. Disponível em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado). Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira, (A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. (B) o calor flui de forma não espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. (C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao retirado da geladeira. (D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. (E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. 10) (ENCCEJA) Uma loja anunciou a venda de um gerador, movido a gasolina, com rendimento de 100%. Pode-se argumentar com o vendedor dessa loja que seu anúncio é enganoso porque o rendimento de um bom gerador a gasolina (A) deve ser sempre maior que 100%. (B) não pode ser estimado antes do uso do gerador. (C) é sempre inferior a 100%. (D) não pode ser expresso em percentagens. Colocou uma caneca metálica contendo água no fogareiro do fogão • Quando a água começou a ferver, encostou cuidadosamente a extremidade mais estreita de uma seringa de injeção, desprovida de agulha, na superfície do líquido e, erguendo o êmbolo da seringa, aspirou certa quantidade de água para seu interior, tapando-a em • Verificando após alguns instantes que a água da seringa havia parado de ferver, ele ergueu o êmbolo da seringa, constatando, s um pequeno deslocamento Considerando o procedimento anterior, a água volta a ferver porque (A) permite a entrada de calor do ambiente externo para o interior da (B) provoca, por atrito, um aquecimento da água contida na seringa. (C) produz um aumento de volume que aumenta o ponto de ebulição (D) proporciona uma queda de pressão no interior da seringa que (E) possibilita uma diminuição da densidade da água que facilita sua A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca Disponível em: http://home.howstuffworks.com. Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado). Nos processos de transformação de energia envolvidos no que cede a energia necessária ao (B) o calor flui de forma não espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. (C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor (D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. (E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira nsumo de energia. Uma loja anunciou a venda de um gerador, movido a se argumentar com o vendedor dessa loja que seu anúncio é enganoso porque o (B) não pode ser estimado antes do uso do gerador. 1 1 ) U F M S Ográficoabaixorepresentaduascurvasisotérmicasrelacionadasaumgásideal contidoemumrecipientequepodevariaroseuvolume.Dessemodo,écorreto afirmarque: 01.se o gás for submetido a um processo termodinâmico partindo do estado A para o estado B, a pressão do gás não varia e sua energia interna aumenta. 02.se o gás for submetido a um processo termodinâmico partindo do estado A para o estado D, a sua energia interna não varia. 04.se o gás for submetido a um processo termodinâmico partindo do estado A para o estado C, a temperatura do gás não varia e não haverá troca de calor com o am 08.se o gás passar por um processo termodinâmico partindo do estado A, passando pelos estados D e C e retornando ao estado A, a quantidade de calor trocada com o realizado pelo gás. 16.se o gás passar por um processo te estado A para o estado C e retornandoaoestadoApelomesmocaminho,o trabalhototalrealizadopelogásénulo. Dê, como resposta, a soma das afirmativas corretas 1 2 ) U . F . V i ç o s a - M G Umamáquinatérmicaexecutaociclorepresentadonográficoseguinte: Se a máquina executa 10 ciclos por segundo, a potência em quilowatt, é: a) 8 b) 8000 c) 80 d) 0,8 e) 800 1 3 ) U F R S Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450J de uma fonte de calor e liberando 300J no ambiente. Uma ideal opera recebendo 600J e liberando 450J. Se dividirmos o rendimento da segunda máquina pelo rendimento da máquina, obteremos: a) 1,50 b) 1,33 c) 1,00 d) 0,75 e) 0,25 14) Todas as afirmativas sobre o comportamento de uma substância estão corretas, EXCETO: (A) Quando se fornece calor a um corpo, sua temperatura sempre aumenta. Ográficoabaixorepresentaduascurvasisotérmicasrelacionadasaumgásideal recipientequepodevariaroseuvolume.Dessemodo,écorreto 01.se o gás for submetido a um processo termodinâmico estado B, a pressão do gás não varia um processo termodinâmico estado D, a sua energia interna não 04.se o gás for submetido a um processo termodinâmico estado C, a temperatura do gás não varia e não haverá troca de calor com o ambiente. 08.se o gás passar por um processo termodinâmico partindo pelos estados D e C e retornando ao estado A, a quantidade de calor trocada com o ambiente é igual ao trabalho 16.se o gás passar por um processo termodinâmico partindo do retornandoaoestadoApelomesmocaminho,o trabalhototalrealizadopelogásénulo. Dê, como resposta, a soma das afirmativas corretas representadonográficoseguinte: Se a máquina executa 10 ciclos por segundo, a potência desenvolvida, Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450J de uma fonte de calor e liberando 300J no ambiente. Uma segunda máquina térmica liberando 450J. Se dividirmos o rendimento da segunda máquina pelo rendimento da primeira Todas as afirmativas sobre o comportamento de uma substância (A) Quando se fornece calor a um corpo, sua temperatura sempre
  3. 3. (B) Quanto maior é a altitude de um lugar, menor será a temperatura em que a água ferve em uma vasilha aberta. (C) Quando a quantidade de calor que se fornece a um sistema é maior do que o trabalho que ele realiza, sua energia interna aumenta. (D) Se a temperatura de um gás ideal diminuir, a energia cinética média de suas moléculas também diminuirá. (E) A pressão que gás ideal exerce sobre as paredes do recipiente que o contém se origina nas colisões das moléculas desse gás contra as paredes do recipiente. 15) (UFU-MG) O gráfico da figura representa um ciclo termodinâmico reversível ABCA, experimentado por um mol de um gás ideal. De acordo com o gráfico, analise as afirmativas abaixo e responda de acordo com o código. Dado: constante universal dos gases R = 8,3 J/mol.K I. A variação da energia interna no ciclo completo ABCA é nula. II. Em um ciclo completo entraram 124,5 J de calor no sistema. II. A temperatura do sistema no ponto A é 300K. a) I e III são corretas. b) I e II são corretas. c) II e III são corretas. d) Apenas I é correta. 16) (UFS-SE adaptada) Uma máquina térmica opera no ciclo de Carnot entre as fontes fria a 27 °C e quente a 327 °C. Em cada ciclo a máquina fornece um trabalho de 1200 J. O ciclo ABCDA de Carnot está representado a seguir. Analise as afirmações que seguem. (01) A área da região assinalada no gráfico é numericamente igual a 1200 J. (02) O rendimento da máquina térmica é de 40%. (04) A transformação BC é uma expansão adiabática e o vapor operante se resfria. (08) A transformação BC é uma compressão isobárica e o vapor operante perde calor. (16) Em cada ciclo, o vapor operante recebe 2400 J de calor e sua energia interna não se altera. (B) Quanto maior é a altitude de um lugar, menor será a temperatura (C) Quando a quantidade de calor que se fornece a um sistema é maior do que o trabalho que ele realiza, sua energia interna aumenta. (D) Se a temperatura de um gás ideal diminuir, a energia cinética ) A pressão que gás ideal exerce sobre as paredes do recipiente que o contém se origina nas colisões das moléculas desse gás contra as MG) O gráfico da figura representa um ciclo termodinâmico por um mol de um gás ideal. De acordo com o gráfico, analise as afirmativas abaixo e responda de constante universal dos gases R = 8,3 J/mol.K I. A variação da energia interna no ciclo completo ABCA é nula. mpleto entraram 124,5 J de calor no sistema. Uma máquina térmica opera no ciclo de Carnot entre as fontes fria a 27 °C e quente a 327 °C. Em cada ciclo a máquina fornece um trabalho de 1200 J. O ciclo ABCDA de Carnot está gião assinalada no gráfico é numericamente igual a é uma expansão adiabática e o vapor A transformação BC é uma compressão isobárica e o vapor Em cada ciclo, o vapor operante recebe 2400 J de calor e sua Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmações corretas. 17) (UEL-PR) Uma máquina térmica de Carnot é operada entre duas fontes de calor a temperaturas de 400 K e 300 K. Se, em cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em calorias, vale: a) 300. b) 450. c) 600. d) 750. e) 900. 18) (UFSC) O uso de combustíveis 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 ºC e 37 ºC, terá um rendimento menor que 10%. (04) Na situação apresentada, a temperatu aproximadamente 4 ºC 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 transferid 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. Dê como resposta a soma dos números que precedem as proposiçõe corretas. GABARITO: 1 2 3 4 5 C B C D D 10 11 12 13 14 C 1+8+16=25 E D A Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmações PR) Uma máquina térmica de Carnot é operada entre duas s de calor a temperaturas de 400 K e 300 K. Se, em cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em calorias, vale: 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 fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise Assinale a(s) proposição(ões) correta(s). Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de m rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal. Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 ºC e 37 ºC, terá um rendimento menor que Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 ºC pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. 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. Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da Dê como resposta a soma dos números que precedem as proposições 6 7 8 9 A C D B 15 16 17 18 A 1+4+16=21 E 2+4+8=14

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