TC 3 Revisão UECE 1 a. fase Física Prof. João Paulo

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1 . (Epcar (Afa) ) O diagrama abaixo representa um ciclo realizado por um sistema termodinâmico constituído por n mols de um gás ideal. Sabendo se que em cada segundo o sistema realiza 4 ciclos iguais a este, é correto afirmar que a(o) a) potência desse sistema é de 6 W. b) trabalho realizado em cada ciclo é 4 J. c) quantidade de calor trocada pelo gás com o ambiente em cada ciclo é nula. d) temperatura do gás é menor no ponto C.. (Ufsm ) A invenção e a crescente utilização de máquinas térmicas, a partir da revolução industrial, produziram, ao longo de dois séculos, impactos ecológicos de proporções globais. Para compreender o funcionamento das máquinas térmicas, é necessário estudar os processos de expansão e compressão dos gases no seu interior. Em certas condições, todos os gases apresentam, aproximadamente, o mesmo comportamento. Nesse caso, são denominados gases ideais. Considere o diagrama pressão (P) x volume (V) para um gás ideal, sendo as curvas isotermas. Analise, então, as afirmativas: I. A energia interna do estado é maior do que a energia interna do estado. II. No processo 3, o gás não realiza trabalho contra a vizinhança. III. No processo, o gás recebe energia e também fornece energia para a vizinhança. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas II e III. e) I, II e III. 3. (Ufrj ) Um físico alpinista escalou uma alta montanha e verificou que, no topo, a pressão p do ar era igual a,44p o, sendo p o a pressão ao nível do mar. Ele notou também que, no topo, a temperatura T era igual a,88t o, sendo T o a correspondente temperatura ao nível do mar, ambas temperaturas medidas em Kelvin. Considerando o ar no topo e ao nível do mar como um mesmo gás ideal, calcule a razão d / d o Página de 7

2 entre a densidade d do ar no topo da montanha e a correspondente densidade do ao nível do mar. a) b) / c) d) 3/ e) 3 4. (Ufba ) Impossibilitados de medir a longitude em que se encontravam, os navegadores que tomaram parte nas grandes explorações marítimas se viam literalmente perdidos no mar tão logo perdessem contato visual com a terra. Milhares de vidas e a crescente riqueza das nações dependiam de uma solução. (SOBEL, 997). A determinação da longitude ao longo de viagens marítimas é feita pela comparação entre a hora local e a hora no porto de origem. Portanto, é necessário que se tenha, no navio, um relógio que seja ajustado antes de zarpar e marque, precisamente, ao longo de toda a viagem, a hora do porto de origem. Os relógios de pêndulo daquela época não serviam a esse propósito, pois o seu funcionamento sofria influência de muitos fatores, inclusive das variações de temperatura, devido à dilatação e à contração da haste do pêndulo. A longitude pôde finalmente ser determinada através de um relógio, no qual o problema das variações de temperatura foi resolvido com a utilização de tiras de comprimentos diferentes feitas de materiais de coeficientes de dilatação diferentes. Com base nesse mesmo princípio físico, considere um conjunto formado por duas barras de comprimento L =, cm e L = 5, cm fixadas em uma das extremidades, inicialmente submetido à temperatura To. Supondo que o conjunto tenha sua temperatura aumentada para T = T o + Δ T, determine a relação entre os coeficientes de dilatação linear, α e α, das barras, para a qual a distância D = 5, cm não se altera com a variação de temperatura. a), b),5 c), d),5 5. (Uesc ) Considere uma barra de liga metálica, com densidade linear de 3, 4 g / mm, submetida a uma variação de temperatura, dilatando se 3,mm. Sabendose que o coeficiente de dilatação linear e o calor específico da liga são, respectivamente, iguais 5 a, º C e a,cal / gº C, a quantidade de calor absorvida pela barra nessa dilatação é igual, em cal, a a) 7, b) 8, c), d) 3, e) 45, Página de 7

3 6. (Uff ) Quando se retira uma garrafa de vidro com água de uma geladeira, depois de ela ter ficado lá por algum tempo, veem se gotas d água se formando na superfície externa da garrafa. Isso acontece graças, principalmente, à a) condensação do vapor de água dissolvido no ar ao encontrar uma superfície à temperatura mais baixa. b) diferença de pressão, que é maior no interior da garrafa e que empurra a água para seu exterior. c) porosidade do vidro, que permite a passagem de água do interior da garrafa para sua superfície externa. d) diferença de densidade entre a água no interior da garrafa e a água dissolvida no ar, que é provocada pela diferença de temperaturas. e) condução de calor através do vidro, facilitada por sua porosidade. 7. (Ifsp ) Um estudante de física, ao nível do mar, possui um aquecedor de imersão de 4 W de potência e o coloca dentro de uma panela contendo litros de água a C. Supondo que 8% da energia dissipada seja absorvida pela água, o intervalo de tempo necessário para que % dessa água seja vaporizada será aproximadamente de Dados: calor específico da água:, cal/g C Calor Latente de vaporização da água: 54 cal/g Densidade absoluta da água:, kg/l cal = 4, J a) h e 3 minutos. b) h e 8 minutos. c) h e 5 minutos. d) h e 3 minutos. e) h e minutos. 8. (UTFPR ) A garrafa térmica tem como função manter seu conteúdo em temperatura praticamente constante durante um longo intervalo de tempo. É constituída por uma ampola de vidro cujas superfícies interna e externa são espelhadas para impedir a propagação do calor por. As paredes de vidro são más condutoras de calor evitando se a térmica. O vácuo entre as paredes da ampola dificulta a propagação do calor por e. Marque a alternativa que completa o texto corretamente: a) reflexão transmissão condução irradiação. b) condução irradiação irradiação convecção. c) irradiação condução convecção condução. d) convecção convecção condução irradiação. e) reflexão irradiação convecção condução. TEXTO PARA AS PRÓXIMAS QUESTÕES: Nesta prova, quando necessário, adote os seguintes valores: Aceleração da gravidade: g = m/s. Constante da gravitação universal: G = 6 x N m / kg. Velocidade do som no ar: v = 34 m/s. Massa da Terra: M = 6 x 4 kg. Constante π = (Ufpb ) Uma máquina térmica opera usando um gás ideal monoatômico, de acordo com o ciclo representado na figura abaixo. Página 3 de 7

4 Sabendo que a temperatura de operação da máquina no ponto B é de 5 K, identifique as afirmativas corretas: ( ) O trabalho realizado pela máquina térmica em um ciclo é de 4 x 5 J. ( ) A eficiência dessa máquina é igual à eficiência de uma máquina operando segundo o ciclo de Carnot. ( ) A menor temperatura atingida durante o ciclo de operação da máquina é de K. ( ) Para uma máquina térmica ideal que trabalhe entre as temperaturas de operação do ciclo representado na figura, a maior eficiência possível é de,7. ( ) A variação de energia interna em um ciclo completo é nula.. (Ufpb ) Em uma fábrica, utiliza se uma barra de alumínio de 8 cm de seção reta e cm de comprimento, para manter constante a temperatura de uma máquina em operação. Uma das extremidades da barra é colocada em contato com a máquina que opera à temperatura constante de 4 ºC, enquanto a outra extremidade está em contato com uma barra de gelo na sua temperatura de fusão. Sabendo que o calor latente de fusão do gelo é de 8 cal/g, que o coeficiente de condutibilidade térmica do alumínio é de,5 cal/s.cm.ºc e desprezando as trocas de calor do sistema máquina gelo com o meio ambiente, é correto afirmar que o tempo necessário para derreter 5 g de gelo é: ( ) s ( ) s ( ) 3 s ( ) 4 s ( ) 5 s Página 4 de 7

5 Gabarito: Resposta da questão : [A] A frequência de operação é 4 ciclos/s, ou seja, 4 Hz. Notemos ainda que, no eixo das abscissas o volume está em litro. ( L = 3 m 3 ). Calculando o trabalho (W ciclo ) em cada ciclo. Como se trata de um ciclo no sentido horário, o trabalho realizado é positivo, sendo numericamente igual á área interna do ciclo. ( )( ) 5 3 W ciclo = " Área" =,6, Wciclo = 4 J. O trabalho total (W) em 4 ciclos é: W = 4( 4) =.6 J. W.6 J Calculando a potência do sistema: P = = P =.6 W. t s Resposta da questão : [D] I. Incorreta. A energia interna é diretamente proporcional à temperatura absoluta do gás. Como T é maior que T, a energia interna em é maior que em. II. Correta. A transformação é isométrica, não havendo realização de trabalho. III. Correta. De acordo com a ª lei da termodinâmica: U = Q W. Como houve expansão com variação de temperatura (variação da energia interna U ), o gás recebeu calor (energia Q ) do meio e realizou trabalho (W). Resposta da questão 3: [B] Dados: p =,44 p ; T =,88 T. Da equação geral dos gases: p V p V,44 p V p V = = V = V. T T,88 T T m m d = = V V d m V d Da expressão da densidade: = =. m d V m d d = V Resposta da questão 4: [B] Dados: L = cm; L = 5 cm; D = 5 cm. Do enunciado e da figura: L L = 5 L = 5 + L (I) L = L L α T = L α T (II) Substituindo (I) em (II): Página 5 de 7

6 α 5 L α = ( 5 + L ) α α = ( 5 + ) α = α α α =,5. Resposta da questão 5: [A] m λ = L Q = mc θ Q m c c = = λ = α θ. L L.. L L α α Q 3, 3 =, 4 x x Q = 7 cal 5 x Resposta da questão 6: [A] A capacidade do ar em reter vapor d água diminui com a diminuição da temperatura. A temperatura do ar junto à superfície da garrafa diminui e o vapor d água se condensa. Por isso no aparelho condicionador de ar há uma mangueira para escoar a água resultante da condensação do vapor devido ao resfriamento do ar ambiente. Resposta da questão 7: [B] Dados: V = L; P = 4 W; c = cal/g. C = 4, J/g. C; L = 54 cal/g =.68 J/g; d = kg/l; T = ( ) = 8 C. A massa de água usada é: M d = M = d V = () M = kg =. g. V Calculando a quantidade de calor necessária para que % da massa (, M) de água seja vaporizada: Q = Q sensível + Q latente Q = M c T + (, M) L Q =. (4,) (8) + (,.).68 = Q =.579. J. A potência útil é % da potência total: P útil =,8 P =,8 (4) P útil = 336 W. Aplicando a definição de potência: Q Q.579. P útil = t = = = 4.7 s t P 336 útil t = h, 8 min e s. Resposta da questão 8: [C] As paredes espelhadas refletem ondas eletromagnéticas evitando propagação por radiação, as paredes são más condutoras de calor para evitar e propagação por condução e, finalmente, o vácuo entre as paredes impede a propagação por convecção e condução. Página 6 de 7

7 Resposta da questão 9: V F F V V. 5 (V) O trabalho é, numericamente, igual à área do ciclo: W = xx J. (F) Uma máquina operando no ciclo de Carnot dá o maior rendimento possível. (F) A menor temperatura atingida corresponde ao menor produto PV. Isto ocorre no ponto D. PD VD PB V B x3 4x5 = = TD = 5K TD T B TD 5 (V) A eficiência máxima é obtida quando a máquina opera segundo um ciclo d T f Carnot: η = Para que a eficiência seja máxima é preciso que a fonte fria tenha a menor T q temperatura possível e a fonte quente a maior. T f 5 η = = =,7 Tq 5 (V) A variação de energia interna em um ciclo completo é nula. A temperatura final é igual à inicial. Resposta da questão : [E] Página 7 de 7