Termodinâmica (Ita 2003)



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Termodinâmica

 



 1. (Ita 2003)

A figura mostra um recipiente, com êmbolo, contendo um volume inicial V‹ de gás ideal, inicialmente sob uma pressão Pi igual à pressão atmosférica, P(at). Uma mola não deformada é fixada no êmbolo e num anteparo fixo. Em seguida, de algum modo é fornecida ao gás uma certa quantidade de calor Q. Sabendo que a energia interna do gás é U = (3/2) PV, a constante da mola é k e a área da seção transversal do recipiente é A, determine a variação do comprimento da mola em função dos parâmetros intervenientes. Despreze os atritos e considere o êmbolo sem massa, bem como sendo adiabáticas as paredes que confinam o gás.

 

2. (Ufg 2000) Um recipiente, em contato com uma fonte térmica, contém um gás ideal, confinado em seu interior devido à presença de um êmbolo que pode deslizar sem atrito, como mostra a figura a seguir.



 

Calcule a quantidade de calor fornecida pela fonte, em um segundo, para que a temperatura do gás não se altere. Considere g=10m/s2 e que êmbolo, de massa igual a 2kg, movimenta-se verticalmente para cima, com velocidade constante e igual a 0,4m/s.

 

3. (Ufpe 2004) Uma caixa cúbica metálica e hermeticamente fechada, de 4,0 cm de aresta, contém gás ideal à  temperatura de 300 K e à pressão de 1 atm. Qual a variação da força que atua em uma das paredes da caixa, em N, após o sistema ser aquecido para 330 K e estar em equilíbrio térmico? Despreze a dilatação térmica do metal.



 

4. (Ufscar 2001) A figura representa um gás ideal contido num cilindro C fechado por um êmbolo E de área S=1,0.10­4 m2 e massa m=1,0kg. O gás absorve uma determinada quantidade de calor Q e, em conseqüência, o êmbolo sobe 5,0.10­2 m, livremente e sem vazamento. A pressão atmosférica local é 1,0.105Pa.

 

a) Calcule os trabalhos realizados pelo gás contra a pressão atmosférica, Wa, e contra a gravidade, para erguer o êmbolo, Wg.

(Adote g = 10 m/s2.)

 

b) Qual a quantidade mínima de calor que o gás deve ter absorvido nessa transformação? Que lei física fundamenta sua resposta? Justifique.



 

5. (Ufpe 2004) Um cilindro de 20 cm2 de seção reta contém um gás ideal comprimido em seu interior por um pistão móvel, de massa desprezível e sem atrito. O pistão repousa a uma altura ho = 1,0 m. A base do cilindro está em contato com um forno, de forma que a temperatura do gás permanece constante. Bolinhas de chumbo são lentamente depositadas sobre o pistão até que o mesmo atinja a altura h = 80 cm. Determine a massa de chumbo, em kg, que foi depositado sobre o pistão. Considere a pressão atmosférica igual a 1 atm.




6. (Unesp 2005) Um pistão com êmbolo móvel contém 2 mols de O‚ e recebe 581J de calor. O gás sofre uma expansão isobárica na qual seu volume aumentou de 1,66 L, a uma pressão constante de 105 N/m2. Considerando que nessas condições o gás se comporta como gás ideal, utilize R = 8,3 J/mol.K e calcule

a) a variação de energia interna do gás.

b) a variação de temperatura do gás.

 

7. (Ita 2004) Uma máquina térmica opera com um mol de um gás monoatômico ideal. O gás realiza o ciclo ABCA, representado no plano PV, conforme mostra a figura.



 

Considerando que a transformação BC é adiabática, calcule:



a) a eficiência da máquina;

b) a variação da entropia na transformação BC.

 

8. (Uerj 2006) O auditório do transatlântico, com 50 m de comprimento, 20 m de largura e 5 m de altura, possui um sistema de refrigeração que retira, em cada ciclo, 2,0 × 104 J de calor do ambiente. Esse ciclo está representado no diagrama a seguir, no qual P indica a pressão e V, o volume do gás empregado na refrigeração.



Calcule:


a) a variação da energia interna do gás em cada ciclo;

b) o tempo necessário para diminuir em 3°C a temperatura do ambiente, se a cada 6 segundos o sistema reduz em 1°C a temperatura de 25 kg de ar.

 

9. (Ufc 2006) Um gás ideal sofre as transformações mostradas no diagrama da figura a seguir.



Determine o trabalho total realizado durante os quatro processos termodinâmicos

 

10. (Uff 2004) Um mol de um gás ideal é levado do estado A para o estado B, de acordo com o processo representado no diagrama - pressão versus volume - conforme figura a seguir:



 a) determine a razão TA/TB entre as temperaturas do gás, nos estados A e B.

Considere W como sendo o trabalho realizado pelo gás,  sua variação de energia interna e Q a quantidade de calor absorvida pelo gás, ao passar do estado A para o estado B, seguindo o processo representado no diagrama.

Dados PA e VA, calcule:

b) W

c)



d) Q

 

11. (Ufg 2005) Uma máquina térmica contendo um gás monoatômico, que obedece à lei dos gases ideais, realiza o ciclo representado no diagrama a seguir.



Dados:

Calor molar a volume constante = 3R/2

Calor molar a pressão constante = 5R/2

a) o calor recebido ou cedido em cada processo;

b) o trabalho no processo CA.

 

12. (Ufpe 2004) Um mol de um gás ideal passa por transformações termodinâmicas indo do estado A para o estado B e, em seguida, o gás é levado ao estado C, pertencente à mesma isoterma de A. Calcule a variação da energia interna do gás, em joules, ocorrida quando o gás passa pela transformação completa ABC.



13. (Ufpe 2006) No ciclo mostrado no diagrama pV da figura a seguir, a transformação AB é isobárica, a BC é isovolumétrica e a CA é isotérmica. Qual a quantidade total de calor absorvido pelo gás nas transformações AB e BC, em joules. Considere que o gás é ideal.

 

 

14. (Ufpe 2006) No ciclo mostrado no diagrama pV da figura a seguir, a transformação AB é isobárica, BC é isovolumétrica e CA é adiabática. Sabe-se que o trabalho realizado sobre o gás na compressão adiabática é igual a WCA = -150 J. Determine a quantidade de calor total Q(tot) absorvido pelo gás durante um ciclo, em joules.



15. (Ufrrj 2005) Faz-se um sistema passar de um certo estado A para um outro estado B por meio de dois processos distintos, I e II, conforme mostra o gráfico "pressão x volume".



Em qual dos dois processos houve maior absorção de calor? Justifique.

TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO

(Ufpb 2006) Sempre que necessário, considere dados os seguintes valores:

Aceleração da gravidade: g = 10 m/s2.

 

16. Um gás ideal é submetido a três transformações consecutivas, em que A - B é isobárica, B - C é isotérmica e C - A é adiabática, como mostra o diagrama p - V a seguir.



Em relação a essas transformações, identifique com V a(s) afirmativa(s) verdadeira(s) e com F, a(s) falsa(s).

 

(     ) Em A - B, a energia interna do gás diminui.



(     ) Em B - C, o gás recebe calor.

(     ) Em C - A, não há variação da energia interna do gás.

 

A seqüência correta é:



a) VVF

b) VFV


c) FVF

d) VVV


e) FFF

 

17. (Enem 2003) No Brasil, o sistema de transporte depende do uso de combustíveis fósseis e de biomassa, cuja energia é convertida em movimento de veículos. Para esses combustíveis, a transformação de energia química em energia mecânica acontece



a) na combustão, que gera gases quentes para mover os pistões no motor.

b) nos eixos, que transferem torque às rodas e impulsionam o veículo.

c) na ignição, quando a energia elétrica é convertida em trabalho.

d) na exaustão, quando gases quentes são expelidos para trás.

e) na carburação, com a difusão do combustível no ar.

 

18. (Ufmg 2004) 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 CORRETO afirmar que, nesse 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 é igual ao calor fornecido.

d) a pressão do gás permanece constante e o aumento da sua energia interna é menor que o calor fornecido.

 

 

19. (Ufms 2005) Sem variar sua massa, um gás ideal sofre uma transformação a volume constante. É correto afirmar que



a) a transformação é isotérmica.

b) a transformação é isobárica.

c) o gás não realiza trabalho.

d) sua pressão diminuirá ,se a temperatura do gás aumentar.

e) a variação de temperatura do gás será a mesma em qualquer escala termométrica.

 

20. (Ufpi 2001) A eficiência de um motor térmico é definida como a razão entre o trabalho por ele realizado e o calor por ele recebido durante um ciclo completo de seu funcionamento. Considere um motor que recebe 440 J de calor por ciclo, que tem uma eficiência de 30% e que completa um ciclo de funcionamento a cada 0,02 segundos. A potência fornecida por esse motor é, em kW,



a) 1,1

b) 2,2


c) 4,4

d) 6,6


e) 8,8

 

21. (Ufpi 2003) Um mol de um gás ideal é aquecido, a pressão constante, passando da temperatura Ti = 300 K para a temperatura Tf = 350 K. O trabalho realizado pelo gás durante esse processo é aproximadamente (o valor da constante universal dos gases é R = 8,31 J/(mol.K)) igual a:



a) 104 J.

b) 208 J.

c) 312 J.

d) 416 J.

e) 520 J.

 

22. (Ufv 2000) Uma máquina térmica executa o ciclo representado no gráfico seguinte:



Se a máquina executa 10 ciclos por segundo, a potência desenvolvida, em quilowatt, é:

a) 8

b) 8000


c) 80

d) 0,8


e) 800

 

23. (Unesp 2001) Uma bexiga vazia tem volume desprezível; cheia, o seu volume pode atingir 4,0×10­ 3m3. O trabalho realizado pelo ar para encher essa bexiga, à temperatura ambiente, realizado contra a pressão atmosférica, num lugar onde o seu valor é constante e vale 1,0×105Pa, é no mínimo de



a) 4 J.

b) 40 J.


c) 400 J.

d) 4000 J.

e) 40000 J.

 

24. (Unifesp 2002) Costuma-se especificar os motores dos automóveis com valores numéricos, 1.0, 1.6, 1.8 e 2.0, entre outros. Esses números indicam também valores crescentes da potência do motor. Pode-se explicar essa relação direta entre a potência do motor e esses valores numéricos porque eles indicam o volume aproximado, em litros,



a) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior a potência que o combustível pode fornecer.

b) do consumo de combustível e, quanto maior esse volume, maior a quantidade de calor que o combustível pode fornecer.

c) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior a temperatura que o combustível pode atingir.

d) do consumo de combustível e, quanto maior esse volume, maior a temperatura que o combustível pode fornecer.

e) de cada cilindro do motor e, quanto maior esse volume, maior o rendimento do motor.

 

25. (Ita 2006) Sejam o recipiente (1) , contendo 1 moI de H‚ (massa molecular M = 2) e o recipiente (2) contendo 1 moI de He (massa atômica M = 4) ocupando o mesmo volume, ambos mantidos a mesma pressão. Assinale a alternativa correta:



a) A temperatura do gás no recipiente 1 é menor que a temperatura do gás no recipiente 2.

b) A temperatura do gás no recipiente 1 é maior que a temperatura do gás no recipiente 2.

c) A energia cinética média por molécula do recipiente 1 é maior que a do recipiente 2.

d) O valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 1 é menor que o valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 2.

e) O valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 1 é maior que o valor médio da velocidade das moléculas no recipiente 2.

 

26. (Pucrs 2004) Responder à questão com base nas afirmações a seguir.



 

I. A energia trocada entre dois sistemas, unicamente devida à diferença de temperatura entre ambos, chama-se calor.

II. Na transformação adiabática de um gás, sua energia interna permanece constante.

III. A energia interna de um sistema não depende do número de partículas que o constituem.

IV. A temperatura absoluta de um sistema depende do número de partículas que o constituem.

 

Pela análise das afirmações, conclui-se que somente



a) está correta a I.

b) está correta a II.

c) está correta a III.

d) estão corretas a I e a III.

e) estão corretas a II e a IV.

 

27. (Ufrn 2005) Cotidianamente são usados recipientes de barro (potes, quartinhas, filtros etc.) para esfriar um pouco a água neles contida.



Considere um sistema constituído por uma quartinha cheia d'água. Parte da água que chega à superfície externa da quartinha, através de seus poros, evapora, retirando calor do barro e da água que o permeia. Isso implica que também a temperatura da água que está em seu interior diminui nesse processo.

 

Tal processo se explica porque, na água que evapora, são as moléculas de água



a) com menor energia cinética média que escapam do líquido, aumentando, assim, a energia cinética média desse sistema.

b) que, ao escaparem do líquido, aumentam a pressão atmosférica, diminuindo, assim, a pressão no interior da quartinha.

c) com maior energia cinética média que escapam do líquido, diminuindo, assim, a energia cinética média desse sistema.

d) que, ao escaparem do líquido, diminuem a pressão atmosférica, aumentando, assim, a pressão no interior da quartinha.

 

28. (Ufscar 2005) Mantendo uma estreita abertura em sua boca, assopre com vigor sua mão agora! Viu? Você produziu uma transformação adiabática! Nela, o ar que você expeliu sofreu uma violenta expansão, durante a qual



a) o trabalho realizado correspondeu à diminuição da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.

b) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da energia interna desse ar, por não ocorrer troca de calor com o meio externo.

c) o trabalho realizado correspondeu ao aumento da quantidade de calor trocado por esse ar com o meio, por não ocorrer variação da sua energia interna.

d) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não absorveu calor do meio e não sofreu variação de energia interna.

e) não houve realização de trabalho, uma vez que o ar não cedeu calor para o meio e não sofreu variação de energia interna.

 

29. (Unesp 2003) A energia interna U de uma certa quantidade de gás, que se comporta como gás ideal, contida em um recipiente, é proporcional à temperatura T, e seu valor pode ser calculado utilizando a expressão U=12,5T. A temperatura deve ser expressa em kelvins e a energia, em joules. Se inicialmente o gás está à temperatura T=300 K e, em uma transformação a volume constante, recebe 1 250 J de uma fonte de calor, sua temperatura final será



a) 200 K.

b) 300 K.

c) 400 K.

d) 600 K.

e) 800 K.

 

30. (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:  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: 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.



 

31. (Puccamp 2002) Considere as seguintes transformações que envolvem substâncias químicas, que podem ocorrer de uma situação inicial a uma situação final:

 

combustão - compressão - mudança de estado físico - expansão - variação de entalpia



 

Quantas dessas transformações estão envolvidas no funcionamento da máquina a vapor?

a) 1

b) 2


c) 3

d) 4


e) 5

 

32. (Pucmg 2004) A respeito do que faz um refrigerador, pode-se dizer que:



a) produz frio.

b) anula o calor.

c) converte calor em frio.

d) remove calor de uma região e o transfere a outra.

 

 

33. (Pucpr 2006) Uma máquina térmica, operando em um ciclo de Carnot, trabalha entre as temperaturas de - 73° C e 227° C. Em cada ciclo, a máquina recebe 500 J de calor da fonte quente. Analise as seguintes afirmativas:



 

I. O rendimento dessa máquina é de 40%.

II. O trabalho realizado pela máquina é de 300 J.

III. O calor rejeitado, por ciclo, para a fonte fria é de 200J.

 

Está correta ou estão corretas:



a) I e II.

b) II e III.

c) I e III.

d) somente II.

e) somente III.

 

34. (Uel 2003) O reator utilizado na Usina Nuclear de Angra dos Reis - Angra II - é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O sistema PWR é constituído de três circuitos: o primário, o secundário e o de água de refrigeração. No primeiro, a água é forçada a passar pelo núcleo do reator a pressões elevadas, 135 atm, e à temperatura de 320°C. Devido à alta pressão, a água não entra em ebulição e, ao sair do núcleo do reator, passa por um segundo estágio, constituído por um sistema de troca de calor, onde se produz vapor de água que vai acionar a turbina que transfere movimento ao gerador de eletricidade. Na figura estão indicados os vários circuitos do sistema PWR.



 

Considerando as trocas de calor que ocorrem em uma usina nuclear como Angra II, é correto afirmar:

a) O calor removido do núcleo do reator é utilizado integralmente para produzir trabalho na turbina.

b) O calor do sistema de refrigeração é transferido ao núcleo do reator através do trabalho realizado pela turbina.

c) Todo o calor fornecido pelo núcleo do reator é transformado em trabalho na turbina e, por isso, o reator nuclear tem eficiência total.

d) O calor do sistema de refrigeração é transferido na forma de calor ao núcleo do reator e na forma de trabalho à turbina.

e) Uma parte do calor fornecido pelo núcleo do reator realiza trabalho na turbina, e outra parte é cedida ao sistema de refrigeração.

 

35. (Uel 2003) A Usina Nuclear de Angra dos Reis - Angra II - está projetada para uma potência de 1309 MW. Apesar de sua complexidade tecnológica, é relativamente simples compreender o princípio de funcionamento de uma usina nuclear, pois ele é similar ao de uma usina térmica convencional. Sobre o assunto, considere as afirmativas  apresentadas a seguir.



 

I. Na usina térmica, o calor gerado pela combustão do carvão, do óleo ou do gás vaporiza a água em uma caldeira. Esse vapor aciona uma turbina acoplada a um gerador e este produz eletricidade.

II. O processo de fusão nuclear utilizado em algumas usinas nucleares é semelhante ao processo da fissão nuclear. A diferença entre os dois está na elevada temperatura para fundir o átomo de Urânio-235.

III. Na usina nuclear, o calor é produzido pela fissão do átomo do Urânio-235 por um nêutron no núcleo do reator.

IV. Na usina nuclear, o calor é produzido pela reação em cadeia da fusão do átomo do Urânio-235 com um nêutron.

 

São corretas apenas as afirmativas:



a) I e III.

b) II, III e IV.

c) I, II e IV.

d) II e III.

e) III e IV.

 

36. (Uel 2005) Uma das grandes contribuições para a ciência do século XIX foi a introdução, por Sadi Carnot, em 1824, de uma lei para o rendimento das máquinas térmicas, que veio a se transformar na lei que conhecemos hoje como Segunda Lei da Termodinâmica. Na sua versão original, a afirmação de Carnot era: todas as máquinas térmicas reversíveis ideais, operando entre duas temperaturas, uma maior e outra menor, têm a mesma eficiência, e nenhuma máquina operando entre essas temperaturas pode ter eficiência maior do que uma máquina térmica reversível ideal. Com base no texto e nos conhecimentos sobre o tema, é correto afirmar:



a) A afirmação, como formulada originalmente, vale somente para máquinas a vapor, que eram as únicas que existiam na época de Carnot.

b) A afirmação de Carnot introduziu a idéia de Ciclo de Carnot, que é o ciclo em que operam, ainda hoje, nossas máquinas térmicas.

c) A afirmação de Carnot sobre máquinas térmicas pode ser encarada como uma outra maneira de dizer que há limites para a possibilidade de aprimoramento técnico, sendo impossível obter uma máquina com rendimento maior do que a de uma máquina térmica ideal.

d) A afirmação de Carnot introduziu a idéia de Ciclo de Carnot, que veio a ser o ciclo em que operam, ainda hoje, nossos motores elétricos.

e) Carnot viveu em uma época em que o progresso técnico era muito lento, e sua afirmação é hoje desprovida de sentido, pois o progresso técnico é ilimitado.

 

37. (Ufal 2000) Analise as proposições a seguir:



 

(     ) Máquina térmica é um sistema que realiza transformação cíclica: depois de sofrer uma série de transformações ela retorna ao estado inicial.

(     ) É impossível construir uma máquina térmica que transforme integralmente calor em trabalho.                

(     ) O calor é uma forma de energia que se transfere espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.

(     ) É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas.

(     ) Quando um gás recebe 400 J de calor e realiza um trabalho de 250 J, sua energia interna sofre um aumento de 150 J.

 

38. (Ufc 2003) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão



 

n = 1 - (T2/T1),

 

em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin.



Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência n = 30%. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a:

a) 40%


b) 45%

c) 50%


d) 60%

e) 65%


 

39. (Ufc 2006) Analise as afirmações a seguir.

 

I. A variação de entropia do fluido operante num ciclo completo de uma máquina térmica de Carnot é igual a Q1/T1.



II. O trabalho necessário para efetivar uma certa mudança de estado num sistema é independente do caminho seguido pelo sistema, quando este evolui do estado inicial para o estado final.

III. De acordo com a segunda Lei da Termodinâmica e de observações relativas aos processos reversíveis e irreversíveis, conclui-se que as entropias inicial e final num processo adiabático reversível são iguais e que, se o processo for adiabático irreversível, a entropia final será maior que a inicial.

 

Com respeito às três afirmativas, é correto afirmar que apenas:



a) I é verdadeira.

b) II é verdadeira.

c) III é verdadeira.

d) I e II são verdadeiras.

e) II e III são verdadeiras.

 

40. (Uff 2002) Se olharmos ao redor, perceberemos como o mundo evoluiu a partir do século XVIII e início do XIX, com a Revolução Industrial. O advento da máquina, em suas variadas formas, alargou os horizontes do homem, proporcionando novos recursos para o desenvolvimento urbano e industrial, desde as descobertas de fontes de energia até a expansão de mercados e de territórios dentro e fora da Europa.



 

O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo combustível é um gás. Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q1) de uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q2) para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q1.



Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, realiza um trabalho de 3,0 × 104 J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa indústria.

Em relação a essa máquina, conclui-se que os valores de Q1, de Q2 e da variação da energia interna do gás são, respectivamente:

 

 

41. (Ufg 2004) Para cozinhar uma certa quantidade de feijão em uma panela de pressão, gastam-se 45min. Para cozinhar a mesma quantidade em uma panela comum, gasta-se 1h40min. Em relação ao uso da panela comum, supondo que o fogão forneça a mesma potência às duas panelas, quanta energia é POUPADA pelo uso da panela de pressão?



a) 35%

b) 45%


c) 50%

d) 55%


e) 65%

 

42. (Ufmg 2005) Atualmente, a energia solar está sendo muito utilizada em sistemas de aquecimento de água.



Nesses sistemas, a água circula entre um reservatório e um coletor de energia solar. Para o perfeito funcionamento desses sistemas, o reservatório deve estar em um nível superior ao do coletor, como mostrado na Figura 1.

No coletor, a água circula através de dois canos horizontais ligados por vários canos verticais. A água fria sai do reservatório, entra no coletor, onde é aquecida, e retorna ao reservatório por convecção.

Nas quatro alternativas, estão representadas algumas formas de se conectar o reservatório ao coletor. As setas indicam o sentido de circulação da água.

 

Assinale a alternativa em que estão CORRETAMENTE representados o sentido da circulação da água e a forma mais eficiente para se aquecer toda a água do reservatório.



 

43. (Ufrn 2003) Na cidade de Alto do Rodrigues, está sendo construída a TermoAçu, primeira usina termelétrica do estado com capacidade para produzir até 70% da energia elétrica total consumida no Rio Grande do Norte. O princípio básico de funcionamento dessa usina é a combustão de gás natural para aquecer água que, uma vez aquecida, se transformará em vapor e, finalmente, será utilizada para mover as pás giratórias de uma turbina. A produção da energia elétrica será feita acoplando-se ao eixo da turbina algumas bobinas imersas em um campo magnético.

Considere que, em cada ciclo dessa máquina termelétrica real, se tenha:

 

Q: o calor produzido na combustão do gás;



W: a energia mecânica nas turbinas obtida a partir da alta pressão do vapor acionando as pás giratórias;

E: a energia elétrica produzida e disponibilizada aos consumidores.

 

Para a situação descrita, é correto afirmar:



a) Q = W = E

b) Q > W > E

c) Q = W > E

d) Q < W < E

 

 

44. (Ufrn 2005) Observe atentamente o processo físico representado na seqüência de figuras a seguir. Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3.



Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a ordem do sistema é

a) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui.

b) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema aumentou.

c) menor que no início e, portanto, o processo representado é reversível.

d) menor que no início e, portanto, o processo representado é irreversível.

 

45. (Ufrs 2001) Selecione a alternativa que preenche corretamente as lacunas no parágrafo abaixo, na ordem em que elas aparecem.



 

A entropia de um sistema termodinâmico isolado nunca .......... : se o sistema sofre uma transformação reversível, sua entropia .......... ; se o sistema sofre uma transformação irreversível, sua entropia .......... .

 

a) aumenta - permanece constante - diminui



b) aumenta - diminui - permanece constante

c) diminui - aumenta - aumenta

d) diminui - permanece constante - aumenta

e) diminui - permanece constante - permanece constante

46. (Ufsc 2004) No século XIX, o jovem engenheiro francês Nicolas L. Sadi Carnot publicou um pequeno livro - Reflexões sobre a potência motriz do fogo e sobre os meios adequados de desenvolvê-la - no qual descrevia e analisava uma máquina ideal e imaginária, que realizaria uma transformação  cíclica hoje conhecida como "ciclo de Carnot" e de fundamental importância para a Termodinâmica.

 

Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) a respeito do ciclo de Carnot:



 

(01) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica.

(02) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.

(04) Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho.

(08) O rendimento da máquina de Carnot depende apenas das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.

(16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.

 

47. (Ufsc 2005) 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 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 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%.

(04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C 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 transferido espontaneamente 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.

 

48. (Ufscar 2006) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica; James Watt introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos!



                (C. Alencar, L. C. Ramalho e M. V. T. Ribeiro, "História da Sociedade Brasileira".)

 

As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre estas máquinas, considere as três afirmações seguintes:



 

I. Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte fria parte do calor retirado da fonte quente.

II. No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante.

III. Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.

 

É correto o contido apenas em



a) I.

b) II.


c) III.

d) I e II.

e) II e III.

 

49. (Ufsm 2003) Considere as afirmações:



 

I - É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclos, retire energia na forma de calor de uma fonte, transformando-a integralmente em trabalho.

II - Refrigeradores são dispositivos que transferem energia na forma de calor de um sistema de menor temperatura para outro de maior temperatura.

III - A energia na forma de calor não passa espontaneamente de um corpo de menor temperatura para outro de maior temperatura.

 

Está(ão) correta(s)



a) apenas I.

b) apenas II.

c) apenas I e III.

d) apenas II e III.

e) I, II e III.

 

50. (Ita 2004) Um recipiente cilíndrico vertical é fechado por meio de um pistão, com 8,00 kg de massa e 60,0cm2 de área, que se move sem atrito. Um gás ideal, contido no cilindro, é aquecido de 30°C a 100°C, fazendo o pistão subir 20,0 cm. Nesta posição, o pistão é fixado, enquanto o gás é resfriado até sua temperatura inicial.



Considere que o pistão e o cilindro encontram-se expostos à pressão atmosférica. Sendo Q1 o calor adicionado ao gás durante o processo de aquecimento e Q2, o calor retirado durante o resfriamento, assinale a opção correta que indica a diferença Q1 – Q2.

a) 136 J


b) 120 J

c) 100 J


d) 16 J

e) 0 J


 

51. (Ita 2006) Um moI de um gás ideal ocupa um volume inicial Vo à temperatura To e pressão Po, sofrendo a seguir uma expansão reversível para um volume V1. Indique a relação entre o trabalho que é realizado por:

(i) W(i), num processo em que a pressão é constante.

(ii) W(ii), num processo em que a temperatura é

constante.

(iii) W(iii), num processo adiabático.

 


52. (Pucrs 2005) Considere a figura a seguir, que representa as variações da pressão de um gás, cujo comportamento é descrito pela equação de estado do gás ideal, em função do seu volume.

 

O gás passa sucessivamente pelos estados (1), (2) e (3), retornando ao estado (1). Considerando que entre os estados (1) e (2) a transformação é adiabática, ocorre troca de calor com o ambiente



a) somente entre (1) e (2).

b) somente entre (2) e (3).

c) somente entre (3) e (1).

d) entre (1) e (2) e entre (2) e (3).

e) entre (2) e (3) e entre (3) e (1).

 

53. (Pucsp 2004) Uma amostra de gás ideal sofre o processo termodinâmico cíclico representado no gráfico a seguir.



Ao completar um ciclo, o trabalho, em joules, realizado pela força que o gás exerce nas paredes do recipiente é

a) + 6

b) + 4


c) + 2

d) - 4


e) - 6

 

54. (Uerj 2004) Considere um gás ideal, cujas transformações I, II e III são mostradas no diagrama P × V a seguir.



Essas transformações, I a III, são denominadas, respectivamente, de:

a) adiabática, isobárica, isométrica

b) isométrica, isotérmica, isobárica

c) isobárica, isométrica, adiabática

d) isométrica, adiabática, isotérmica

 

 

55. (Uerj 2004) Observe o ciclo mostrado no gráfico P × V a seguir.



 

Considerando este ciclo completo, o trabalho realizado, em joules, vale:

a) 1.500

b) 900


c) 800

d) 600


 

 

56. (Ufal 2006) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico p × V. No trecho AB a transformação é isotérmica.



 

Analise as afirmações:



(     ) A pressão no ponto A é 2,5 × 105  N/m2.

(     ) No trecho AB o sistema não troca calor com a vizinhança.

(     ) No trecho BC o trabalho é realizado pelo gás e vale 2,0 × 104 J.

(     ) No trecho CA não há realização de trabalho.

(     ) Pelo gráfico, o trabalho realizado pelo gás no ciclo ABCA é maior do que 4,0 × 104 J.

 

57. (Ufes 2004) Uma certa quantidade de gás ideal é levada de um estado inicial a um estado final por três processos distintos, representados no diagrama PxV da figura a seguir. O calor e o trabalho associados a cada processo são, respectivamente, Q1 e W1, Q2 e W2, Q3 e W3. Está correto afirmar que:



 


58. (Ufjf 2003) Um mol de gás ideal sofre uma expansão isotérmica, representada no diagrama P-V da figura, do estado inicial 1 ao estado final 2. Escolha a alternativa correta. Durante este processo:

a) o gás aumenta de volume e se resfria.

b) a temperatura do gás se mantém constante, mas é preciso fornecer calor ao gás.

c) no processo isotérmico não há fluxo de calor.

d) a temperatura do gás diminui e o gás realiza trabalho.

e) o volume do gás aumenta, a pressão diminui e a temperatura aumenta.

 

59. (Ufms 2005) Sobre a equação de estado de um gás ideal pV = nRT onde p (pressão), V (volume), n (número de mols), R (constante universal) e T (temperatura), é correto afirmar que



(01) a temperatura tem que ser utilizada em Kelvin.

(02) a constante universal tem o mesmo valor qualquer que seja o sistema de medidas.

(04) na transformação isotérmica, pressão e volume são grandezas diretamente proporcionais.

(08) a constante universal não tem unidade de medida.

(16) na transformação isobárica, volume e temperatura são grandezas diretamente proporcionais.

 

Soma (     )



 

60. (Ufpr 2004) Um gás ideal está contido no interior de um recipiente cilíndrico provido de um pistão, conforme a figura abaixo. Considere que, inicialmente, o gás esteja a uma pressão p, a uma temperatura T e num volume V. Com base nesses dados e nas leis da termodinâmica, é correto afirmar:

 

(01) Em uma transformação adiabática, o gás absorve calor do meio externo.

(02) A energia interna do gás permanece constante em uma transformação isotérmica.

(04) Em uma expansão isobárica, a energia interna do gás diminui.

(08) Em uma transformação isovolumétrica, a variação da energia interna do gás é igual à quantidade de calor que o gás troca com o meio externo.

(16) Pode-se diminuir a pressão do gás mediante a realização de uma expansão isotérmica.

 

Soma (       )


61. (Ufpr 2006) O gás que circula num compressor de geladeira executa um ciclo termodinâmico no sentido anti-horário como o apresentado na figura a seguir:

Sabendo que a transformação C é adiabática, considere as seguintes afirmativas:

 

I. A transformação A ocorre a volume constante e nenhum trabalho é realizado.



II. A transformação B é isobárica e o meio externo realiza trabalho sobre o gás.

III. Não há trocas de calor na transformação C.

IV. A temperatura na transformação C é constante.

 

Assinale a alternativa correta.



a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.

b) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

d) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras.

e) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras.

 

62. (Ufrrj 2004) Um gás ideal sofre as transformações AB, BC, CD e DA, de acordo com o gráfico a seguir.



 

Através da análise do gráfico, assinale adiante a alternativa correta.

a) Na transformação CD, o trabalho é negativo.

b) A transformação AB é isotérmica.

c) Na transformação BC, o trabalho é negativo.

d) A transformação DA é isotérmica.

e) Ao completar o ciclo, a energia interna aumenta.

 

63. (Ufrrj 2005) Certa massa gasosa, contida num reservatório, sofre uma transformação termodinâmica no trecho AB. O gráfico mostra o comportamento da pressão P, em função do volume V.



O módulo do trabalho realizado pelo gás, na transformação do trecho AB, é de:

a) 400J.

b) 800J.


c) 40kJ.

d) 80kJ.


e) 600J.

 

64. (Ufsm 2003) A figura representa, no diagrama PxV, a expansão isotérmica que um mol de gás ideal sofre, ao receber 1728J de energia na forma de calor. O trabalho realizado na expansão de 1 m3 para 2 m3 é, em J,



 

a) 0



b) 270

c) 870


d) 1728

e) 1870


 

65. (Ufv 2004) Três processos termodinâmicos ocorrendo num sistema constituído por um gás ideal são representados no diagrama pressão (P) versus volume (V) a seguir.

 

Os processos são: 1-2 isobárico, 1-3 isotérmico e 1-4 adiabático. O sistema realiza trabalho, em cada um dos processos. É CORRETO afirmar que:

 

a) no processo isotérmico há troca de calor com o sistema.



b) no processo adiabático, a energia interna do sistema aumentou.

c) no processo isobárico não há troca de calor com o sistema.

d) para realizar trabalho é necessário haver troca de calor com o sistema.

e) no processo isotérmico, o trabalho realizado é maior que no processo isobárico.

 

66. (Unesp 2005) Um gás ideal é submetido às transformações A-B, B-C, C-D e D-A, indicadas no diagrama PxV apresentado na figura.



 Com base nesse gráfico, analise as afirmações.

 

I. Durante a transformação A-B, a energia interna se mantém inalterada.



II. A temperatura na transformação C-D é menor do que a temperatura na transformação A-B.

III.Na transformação D-A, a variação de energia interna é igual ao calor absorvido pelo gás.

 

Dessas três afirmações, estão corretas:



a) I e II, apenas.

b) III, apenas.

c) I e III, apenas.

d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

 

67. (Unifesp 2004) O diagrama PV da figura mostra a transição de um sistema termodinâmico de um estado inicial A para o estado final B, segundo três caminhos possíveis.



 

O caminho pelo qual o gás realiza o menor trabalho e a expressão correspondente são, respectivamente,



68. (Unifesp 2005) A figura 1 ilustra duas transformações de um gás ideal contido num cilindro de paredes adiabáticas. Em I, através de uma base diatérmica (que permite a passagem do calor), o gás recebe calor e faz o êmbolo, também construído de material adiabático, subir livremente, aumentando seu volume de Vo a V, atingindo a temperatura T. Nesse estado, a fonte quente é retirada e substituída por um reservatório térmico à mesma temperatura T do gás. Em seguida, na transformação II, colocam-se grãos de areia sobre o êmbolo, lentamente, para que o gás possa manter-se em equilíbrio térmico com o reservatório. Nessas condições, o êmbolo baixa até que o gás volte a ocupar o mesmo volume Vo do início.

Considere desprezíveis as variações da pressão atmosférica. O diagrama p × V, que melhor representa essas duas transformações, é o da figura:

 

69. (Pucrs 2005) A temperatura de um gás é diretamente proporcional à energia cinética das suas partículas. Portanto, dois gases A e B, na mesma temperatura, cujas partículas tenham massas na proporção de mA/mB=4/1, terão as energias cinéticas médias das suas partículas na proporção EcA/EcB igual a



a) 1/4

b) 1/2


c) 1

d) 2


e) 4

 

70. (Unesp 2006) Um gás ideal, confinado no interior de um pistão com êmbolo móvel, é submetido a uma transformação na qual seu volume é reduzido à quarta parte do seu volume inicial, em um intervalo de tempo muito curto. Tratando-se de uma transformação muito rápida, não há tempo para a troca de calor entre o gás e o meio exterior. Pode-se afirmar que a transformação é



a) isobárica, e a temperatura final do gás é maior que a inicial.

b) isotérmica, e a pressão final do gás é maior que a inicial.

c) adiabática, e a temperatura final do gás é maior que a inicial.

d) isobárica, e a energia interna final do gás é menor que a inicial.

e) adiabática, e a energia interna final do gás é menor que a inicial.
RESPOSTAS
1. Observe a equação adiante:

 

 

 

2. 8 J



 

3. 16N.


 

4. a) Wa = 0,5 J

     Wg = 0,5 J

 

b) 5. 5 kg.



 

6. a) 415J

b) 10K ou 10°C

 

7. a) 70%



b) variação de entropia nula.

 

8. a) 1,3 × 104 J



 

b) t = 4.500 s

 

9. 4Vo(p2 – p1 ).



 

10. a) 1


b) 1,5.pA.VA

c) zero


d) 1,5.pA.VA

 

11. a) QAB = 3500J



    QAC = - 2325 J

    QCA = 0

 

b) WCA = - 225 J



 

12. A variação da energia interna é nula.

 

13. 80 J


 

14. Q(tot) = W(tot) = 90 J.

 

15. Como os estados iniciais e finais dos dois processos são respectivamente iguais, a variação de energia interna será a mesma nos dois.



Pela 1 Lei da Termodinâmica, temos Q=W+U. Como a variação de U é igual em I e II, haverá mais calor absorvido onde o trabalho realizado for maior. O trabalho no diagrama p-V é representado pela área sob o gráfico do processo. Assim sendo, vê-se que o trabalho e, conseqüentemente, o calor trocado é maior em II.

 

16. [E]



17. [A]

18. [D]


19. [C]

20. [D]


21. [D]

22. [E]


23. [C]

24. [A]


25. [E]

26. [A]


27. [C]

28. [A]


29. [C]

30. [D]


31. [E]

32. [D]


33. [B]

34. [E]


35. [A]

36. [C]


37. V V V V V

38. [E]


39. [C]

40. [D]


41. [D]

42. [D]


43. [B]

44. [A]


45. [D]

46. 02+08+16=26

47. 02 + 04 + 08 = 14

48. [A]


49. [E]

50. [A]


51. [D]

52. [E]


53. [B]

54. [B]


55. [A]

56. V F F V F

57. [C]

58. [B]


59. 01 + 16 = 17

60. 02 + 08 + 16 = 26

61. [A]

62. [A]


63. [C]

64. [D]


65. [A]

66. [E]


67. [B]

68. [A]


69. [C]

70. [C]


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