CONCURSO PÚBLICO CONCURSO PÚBLICO GRUPO MAGISTÉRIO. GRUPO MAGISTÉRIO Reservado ao CEFET-RN TERMODINÂMICA 14/MAIO/2006 TERMODINÂMICA. Nome.

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1 CONCURSO PÚBLICO TERMODINÂMICA GRUPO MAGISTÉRIO Reservado ao CEFET-RN 14/MAIO/2006 Use apenas caneta esferográfica azul ou preta. Escreva o seu nome e o número do seu CPF no espaço indicado nesta folha. Confira, com máxima atenção, a prova, observando se há defeito(s) de encadernação e/ou impressão que venha(m) dificultar a sua leitura. Em havendo falhas dirija-se ao fiscal responsável dentro do prazo destinado previamente. Assine esta folha e o seu cartão de respostas. A prova terá duração máxima de quatro horas. Boa sorte! CONCURSO PÚBLICO TERMODINÂMICA GRUPO MAGISTÉRIO Reservado ao CEFET-RN Nome Assinatura CPF _. _. _-

2 Constantes e fatores de conversão usadas nesta prova Constante de Boltzmann: k = 1,38 x J/K Constante universal dos gases: R= 8,31 J/mol.K Cal/Joule = atm = 101,3 kpa 1. Uma bala de chumbo com temperatura de 27ºC se derrete como resultado de um impacto. A velocidade da bala - considerando que toda energia cinética é convertida em energia interna da bala e do obstáculo, sendo 80% convertida em energia interna da bala - é aproximadamente. A temperatura de fusão do chumbo é 327ºC, o calor latente de fusão é 21KJ/kg e o calor específico do chumbo é 0,125 kj/kg.k a) 250 m/s b) 380 m/s c) 600 m/s d) 720 m/s 2. A potência desenvolvida pelo motor de um avião a 900 km/h é de 30 KW. Em uma distância de 10km, 8kg de combustível são consumidos. O poder calorífico do combustível é 46MJ/kg. Encontre o rendimento do motor. a) 40,5 % b) 32,5 % c) 28,3 % d) 25,0 % 3. O consumo de um combustível, cujo calor de combustão é 44MJ/kg, para uma hora de operação de um motor que tem potência de 1kW se seu rendimento for de 30% é aproximadamente: a) 364 g b) 183 g c) 274 g d) 85 g 4. Uma lamparina de rendimento de 40% consome 3,0 g/min de álcool. O tempo necessário para aquecer 1,5 litro de água de 10ºC até o ponto de ebulição (100ºC) é: O calor de combustão do álcool é 29,4 MJ/kg. a) 23 min b) 35 min c) 55 min d) 16 min 5. Uma usina termoelétrica consome 400g de um combustível ideal para gerar 1kWh de energia elétrica. Encontre o rendimento da usina considerando que o calor de combustão de combustível é de 29,4 MJ/kg. a) 26,7 % b) 18,8 % c) 30,7% d) 36,7 % 6. Um freezer tem coeficiente de desempenho igual a 5. Se a temperatura no interior do freezer é -20ºC, a temperatura na qual ele libera calor é: Suponha um sistema ideal. a) 304K b) 295K c) 285K d) 253K 7. Um motor a vapor, operando entre a temperatura de caldeira de 220ºC e a temperatura do condensador de 35ºC, produz uma potência de 8hp (1hp=746W) e o seu rendimento é 30% do rendimento da máquina de Carnot operando entre estes limites de temperatura. Portanto, a quantidade de calorias absorvidas a cada segundo pela caldeira e a quantidade se calorias liberadas por segundo pelo condensador são, respectivamente, a) 1,27 kcal/s e 3,11kcal/s. b) 12,7kcal/s e 11,3kcal/s. TERMODINÂMICA - 1

3 c) 2100Kcal/s e 735kcal/s. d) 2100kcal/s e 1365kcal/s. 8. O calor específico do chumbo é 0,030 cal/gºc. 300 gramas de chumbo aquecido a 100ºC são misturados a 100g de água a 70ºC. Tem-se, assim, a temperatura final da mistura é, aproximadamente: a) 86, 5ºC b) 79, 5ºC c) 74, 5ºC d) 72, 5ºC 9. Para processos a volume constante a capacidade térmica do gás A é maior que a capacidade térmica do gás B. Concluímos que, quando ambos absorvem a mesma energia em forma de calor a volume constante, a) a energia interna de A aumenta mais que a de B b) a energia interna de B aumenta mais que a de A c) a temperatura de B aumenta mais que a temperatura de A d) a temperatura de A aumenta mais que a temperatura de B 10. A variação de entropia é zero para: a) processos isotérmicos reversíveis b) processos reversíveis durante os quais é realizado trabalho c) todos os processos adiabáticos d) processos adiabáticos reversíveis 11. Dois quartos idênticos em uma casa são conectados por uma abertura de porta. As temperaturas dos dois são mantidas a valores diferentes. O quarto que contém mais ar é aquele a) com temperatura mais baixa. b) com pressão mais baixa. c) sempre terão a mesma quantidade de gás. d) a com temperatura mais alta. 12. Uma escala de aço está calibrada a 20ºC. Em um dia frio, quando a temperatura é -15ºC, a percentagem de erro da escala será: a) -0,12 % b) -0,042 % c) -1,2 % d) -2,1 % 13. A temperatura no espaço exterior é cerca de 3k. A velocidade média quadrática de um próton no espaço é: (dado: m p = 1,67 x kg) a) 520 m/s b) 272 m/s c) 1250 m/s d) 2350 m/s 14. Termômetros de gás a volume constante, usando gases diferentes, indicam todos a mesma temperatura quando em contato com o mesmo objeto se: a) os volumes forem os mesmos. b) as pressões forem todas extremamente altas. c) as pressões forem as mesmas. d) a concentração de partículas forem extremamente pequenas 15. Um grama de água destilada a 4 C: a) irá diminuir ligeiramente de volume quando aquecida até 6 C b) irá diminuir ligeiramente seu peso quando aquecida até 6 C c) irá aumentar ligeiramente de volume quando aquecida até 6 C d) irá aumentar ligeiramente seu peso quando aquecida até 6 C TERMODINÂMICA - 2

4 16. N moléculas de um gás ideal monoatômico estão em equilíbrio térmico com o mesmo número de moléculas de um gás ideal diatômico. O equilíbrio térmico é mantido quando a temperatura é elevada um T qualquer. Encontre a relação entre as energias internas CONCURSO PÚBLICO TERMODINÂMICA dos gases E dia / E mon. a) 3/5 b) 1 c) 5/3 d) 1/2 17. Uma certa quantidade de um gás ideal é comprimida até metade de seu volume inicial. O processo pode ser adiabático, isotérmico ou isobárico. Uma maior quantidade de trabalho é requerida se o processo for: a) Isotérmico b) Isobárico c) Adiabático d) Adiabático ou isotérmico (ambos requerem o mesmo trabalho; isobárico requer menos). 18. A força exercida sobre as paredes de um vaso por um gás em seu interior deve-se: a) à colisões elásticas entre as moléculas de gás. b) à força repulsiva entre as moléculas de gás. c) à pequena perda de velocidade média da molécula do gás depois da colisão com a parede. d) à variação de momento da molécula do gás devido à colisão com a parede. 19. Um mol de um gás ideal monoatômico percorre o ciclo reversível mostrado na figura a seguir. O processo bc é uma expansão adiabática, com p b = 10,0 atm. e V b = 1.00 x 10-3 m 3 O trabalho realizado durante todo o processo e a eficiência do ciclo são respectivamente: a) 1470 J; 37,4 % b) 550 J; 40,5 % c) 550 J; 37,4 % d) 918 J; 62,5 % 20. A reação de fusão nuclear ocorrerá em um gás de núcleos deutério quando esses núcleos tiverem uma energia cinética média de 0,27 Mev. A temperatura, para que a reação de fusão ocorra com o deutério, é cerca de: ( dado: 1 ev = 1, 6 x J) a) 5, 57 x 10 9 K b) 3, 32 x 10 9 K c) 4, 28 x 10 6 K d) 1, 26 x 10 6 K 21. Use R = m 3 atm/mol.k e N A = mol 1. O número aproximado de moléculas de ar em um volume de 1 m 3 à temperatura e pressão normais é: a) 450 b) 2, c) 2, d) 5, O Princípio da Eqüipartição da Energia estabelece que a energia interna de um gás é partilhada igualmente: a) entre energia cinética e potencial. b) entre as moléculas c) entre os graus de liberdade relevantes. d) entre as energias cinéticas de translação e de vibração TERMODINÂMICA - 3

5 23. O número de graus de liberdade de uma molécula diatômica rígida é: a) 3 b) 4 c) 5 d) A temperatura de um gás está mais diretamente ligada: a) à energia total de suas moléculas. b) ao tamanho de suas moléculas. c) à energia potencial de suas moléculas. d) à energia cinética de translação de suas moléculas. 25. Classifique da menor para a maior, as variações de entropia de uma panela de água sobre uma chapa quente, quando a temperatura da água: 1. aumenta de 20 para 30 C 2. aumenta de 30 para 40 C 3. aumenta de 40 para 45 C 4. aumenta de 80 para 85 C a) 1, 2, 3, 4 b) 4, 3, 2, 1 c) 1 e 2 empates, depois 3 e 4 empates d) 3 e 4 empates, depois 1 e 2 empates 26. Um inventor sugere que uma casa pode ser aquecida usando-se um refrigerador para retirar energia sob a forma de calor a partir do solo e colocá-lo dentro da casa. Ele afirma que a energia fornecida a casa pode exceder o trabalho necessário para funcionar o refrigerador. Isso: a) é impossível de acordo com a primeira lei. b) é impossível de acordo com a segunda lei. c) é impossível, pois o calor flui da casa (quente) para o chão (frio). d) é possível. 27. Uma bomba de calor perfeitamente reversível fornece calor a um edifício para manter sua temperatura a 27ºC. O reservatório frio é um rio a 7ºC. Se o trabalho é fornecido para a bomba a uma taxa de 1KW, a que taxa a bomba fornece calor ao edifício? a) 3, 85 kw b) 15, 0 kw c) 1, 35 kw d) 1, 07 kw 28. Em uma cozinha termicamente isolada, um refrigerador comum é ligado e sua porta deixada aberta. A temperatura da cozinha: a) permanece a mesma de acordo com a primeira lei da termodinâmica. b) diminui de acordo com a primeira lei da termodinâmica. c) aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica. d) aumenta de acordo com a primeira lei da termodinâmica. 29. Uma máquina térmica de Carnot opera entre uma fonte fria a uma temperatura T F e uma fonte quente a uma temperatura T Q. Você deseja aumentar o rendimento dessa máquina. Das mudanças seguintes, qual resultaria em um maior aumento na eficiência da máquina? O valor de T é o mesmo em todas as mudanças. a) Abaixar a temperatura da fonte fria de T. b) Elevar a temperatura da fonte fria de T. c) Abaixar a temperatura da fonte quente de T. d) Abaixar a temperatura da fonte fria de ½. T e elevar a temperatura da fonte quente de ½. T. TERMODINÂMICA - 4

6 30. Uma máquina térmica, que, em cada ciclo, realizasse trabalho positivo e liberasse energia em forma de calor sem nenhum consumo de energia violaria: a) a primeira lei da termodinâmica b) a segunda lei da termodinâmica c) a terceira lei da termodinâmica d) a lei da eqüipartição da energia 31. Uma máquina térmica opera entre um reservatório quente de temperatura T A e um reservatório frio de temperatura T B. Seu rendimento é dado por 1- (T B / T A ): a) apenas se a substância de trabalho for um gás ideal. b) apenas se a máquina for reversível. c) apenas se a máquina for quasi-estática. d) para qualquer máquina térmica. 32. Um motor de Carnot é projetado para operar entre 480 e 300K. Considerando que a máquina realmente produz 1,2 kj de energia mecânica por kcal de calor absorvido, compare o rendimento real com o rendimento teórico máximo. a) 3/2 do rendimento máximo b) ¾ do rendimento máximo c) 1/2 do rendimento máximo d) ¼ do rendimento máximo 33. Uma onda é descrita por y(x,t) = 0.1 sen(3x + 10t), onde x está em metros, y em centímetros e t em segundos. O comprimento de onda é: a) 3π m b) 6π m c) 0.1 cm d) 2π/3 m y(x,t) = y m sen(kx ωt φ ). No tempo t = 0 o ponto em x= o tem deslocamento 0 (zero) e está movendo-se na direção positiva de. A constante de fase φ é: a) 135 b) 90 c) 180 d) Ondas senoidais se propagam em quatro cordas idênticas. Três das cordas estão sujeitas à mesma tensão, mas a quarta sofre uma tensão diferente. Use a forma matemática das ondas, mostradas abaixo, para identificar a corda com tensão diferente. Nas equações abaixo x e y são medidos em centímetros e t em segundos. a) y(x,t) = (2 cm) sen (4x 10t) b) y(x,t) = (2 cm) sen (2x 4t) c) y(x,t) = (2 cm) sen (6x 12t) d) y(x,t) = (2 cm) sen (8x 16t) 36. Uma corda carrega uma onda senoidal de amplitude 2,0cm e freqüência 100Hz. A velocidade máxima de qualquer ponto da corda é: a) 4.0 m/s b) 6.3 m/s c) 13 m/s d) 2.0 m/s 34. O deslocamento de uma corda transportando uma onda senoidal é dado por TERMODINÂMICA - 5

7 37. Quando um oscilador de 100Hz é usado para gerar uma onda senoidal em uma corda, o comprimento de onda é 10cm. Quando a tensão na corda é duplicada, o gerador produz uma onda com freqüência e comprimento de onda de: a) 141 Hz e 10 cm b) 100 Hz e 14 cm c) 100 Hz e 20 cm d) 200 Hz e 20 cm 38. Uma onda senoidal é gerada movendo-se a extremidade de uma corda para cima e para baixo periodicamente. O gerador não fornece nenhuma potência quando a extremidade da corda, possui: a) sua menor aceleração. b) seu maior deslocamento. c) metade do seu maior deslocamento. d) ¼ de seu maior deslocamento. 39. Duas fontes separadas de ondas emitem ondas senoidais progressivas que têm o mesmo comprimento de onda λ e estão em fase nas respectivas fontes. Uma onda percorre uma distância E 1 até o ponto de observação e a outra percorre uma distância E 2. A amplitude forma um mínimo no ponto de observação se E 1 E 2 for: a) um múltiplo ímpar de λ/4 b) um múltiplo de π. c) um múltiplo ímpar de λ/2 d) um múltiplo ímpar de π/2 40. Ondas estacionárias são produzidas pela interferência de duas ondas senoidais, cada uma com freqüência 100Hz. A distância entre o 2º e o 5º nó é 60 cm. O comprimento de onda das duas ondas originais é: a) 50 cm b) 40 cm c) 30 cm d) 20 cm TERMODINÂMICA - 6