Unidade 3 - Termodinâmica
1. O estudo dos gases é de grande importância na compreensão de fatos que ocorrem no nosso cotidiano, tais como: um balão subir, uma bexiga murchar com o tempo ou a pressão interna de pneu aumentar em dias mais quentes. Para realizar este estudo assinale a alternativa que apresenta qual é a definição de um gás?
a. Gás é um fluido que não possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade, portanto ocupa somente uma porção do volume em que está contido.
b. Gás é um líquido cujas moléculas que o constituem estão bastante espaçadas umas das outras.
c. Gás é um fluido que apresenta somente a propriedade de expansibilidade.
d. Gás é um fluido que sofre ação da gravidade e não possui propriedades de compressibilidade.
e. Gás é um fluido que possui as propriedades de compressibilidade e expansibilidade e que tende a ocupar todo o espaço onde está contido.
2. Para um sistema gasoso, o volume que ele ocupa depende de sua pressão, temperatura e quantidade de gás. Sobre um gás confinado em condições ideais podemos afirmar corretamente que:
a. Numa compressão isotérmica o gás cede calor para o ambiente.
b. Aquecendo o gás a volume constante sua energia interna permanece constante.
c. Numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta.
d. Numa expansão isobárica, a temperatura do gás diminui.
e. Quando o gás sofre transformações num ciclo, o trabalho resultante que ele realiza é nulo.
3. 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 temperatura absoluta de um sistema depende do número de partículas que o constituem.
Pela análise das afirmações, conclui-se que somente está(ão) corretas(s):
a. I
b. II
c. III
d. I e III
e. II e III
4. Na Copa do Mundo de futebol na Coréia/Japão foi lançada uma lata de cerveja “inteligente” e que poderá revolucionar o setor. De fato, a lata, ao ser aberta, libera gás carbônico armazenado numa serpentina oca em contato com o líquido, semelhante ao que ocorre com o desodorante em spray que, ao ser acionado, libera um gás a baixa temperatura. O modelo lançado possibilita reduzir a temperatura da bebida no interior da lata de 30°C para 4°C em apenas 15 segundos. Segundo as Leis da Termodinâmica:
I. Trata-se tal invenção de uma expansão gasosa rápida denominada adiabática.
II. Durante a expansão do gás o calor trocado com o meio exterior diminui sua temperatura.
III. Para o gás expandir rapidamente ele necessita de energia que é retirada de sua energia interna e, assim, reduz sua temperatura.
Está correto o que consta em:
a. I, II e III
b. Apenas III
c. I e II
d. I e III
e. II e III
5. Um sistema constituído por certa massa gasosa sofre quatro transformações sucessivas, AB, BC, CD e DA, conforme mostra o diagrama P x V na figura.
Analise as proposições classificando-as em falsa (F) ou verdadeira (V). Em seguida escolha a alternativa que representa a sequência correta para as afirmativas.
1. ( ) Na transformação AB, o calor que o sistema absorveu foi maior do que o trabalho que ele realizou.
2. ( ) Na transformação AB o sistema absorveu calor do meio ambiente.
3. ( ) Não houve variação da energia interna do sistema na transformação BC.
4. ( ) Na transformação CD não houve realização de trabalho e a energia interna do sistema diminuiu.
5. ( ) Na transformação DA o sistema absorveu calor do meio externo.
6. ( ) Na transformação AB houve diminuição da energia interna do sistema.
7. ( ) A energia interna do sistema no estado C é menor do que no estado A.
a. V V V V F V F
b. V V F V V F F
c. V V F V V V F
d. V V V V F F F
e. V F V F F V F
6. 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. A respeito do ciclo de Carnot, assinale a alternativa correta:
a. Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica.
b. Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes térmicas, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.
c. 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
d. O rendimento da máquina de Carnot não depende das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.
e. O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isovolumétricas.
7. Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica; James Watt introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos! (ALENCAR, Chico; CAPRI, Lúcia; VENICIO, Marcos. História da sociedade brasileira.) As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Sobre essas máquinas, considere as seguintes afirmações e assinale a correta.
a. Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte quente parte do calor retirado da fonte fria.
b. No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante.
c. Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.
d. Um refrigerador funciona como uma máquina térmica quente operando em sentido inverso, isto é, retira calor da fonte fria e, através de trabalho realizado sobre ele, rejeita para a fonte quente.
e. Um dos enunciados possíveis da segunda lei da termodinâmica é: num processo isotérmico, o calor só se transfere dos corpos de maior temperatura para os corpos de menor temperatura quando ambos estiverem em equilíbrio térmico.
8. A termodinâmica é o ramo da física que estuda as relações de troca entre o calor e o trabalho realizado na transformação de um sistema físico, quando esse interage com o meio externo. Ou seja, ela estuda como a variação da temperatura, da pressão e do volume interfere nos sistemas físicos. O estudo e o desenvolvimento da termodinâmica surgiram da necessidade de criar máquinas e de aumentar a eficiência das máquinas existentes naquela época, as máquinas a vapor. Em relação aos conceitos da termodinâmica, assinale a alternativa correta:
a. A primeira lei da Termodinâmica diz a respeito à dilatação térmica.
b. Na mudança de estado de um gás, sempre há realização de trabalho.
c. Quando um corpo recebe calor, sua temperatura necessariamente se eleva.
d. No vácuo, a única forma de transmissão de calor é por condução.
e. Transformação isotérmica é uma transformação gasosa na qual a pressão (P) e o volume (V) do gás variam e a temperatura (T) é mantida constante.
9. 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.
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 calor 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. 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 quer dizer que há vazamento da 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 da
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.
11. Quando um sistema oscila, ele faz um movimento de vai e vem, que se inicia porque uma força o retirou de uma posição inicial denominada posição de equilíbrio. Um exemplo típico dessa situação é uma criança em um balanço. Se ninguém a empurrar, ela ficará parada logo abaixo da barra que segura o balanço e esta é a posição de equilíbrio. Quando alguém puxa ou empurra o balanço, ele sai da posição de equilíbrio e começa a oscilar. Sempre que a oscilação acontecer, devido a uma força que é proporcional ao deslocamento do corpo (restauradora), ela será um movimento harmônico simples (MHS).
No MHS, o intervalo de tempo necessário para completar um ciclo é denominado:
a. Frequência.
b. Período.
c. Amplitude.
d. Fase.
e. Comprimento de onda
12. A força restauradora mais comum que está sempre presente em nosso cotidiano é a força que aparece quando deformamos uma mola, denominada força elástica. A frequência de um oscilador de massa e mola acopladas depende:
a. Apenas do valor da constante da mola.
b. Apenas do valor da massa.
c. Tanto da constante da mola e como da massa.
d. Não depende da massa
e. Não depende da constante da mola
13. Marque a alternativa que completa a frase de forma correta:
Em relação às grandezas envolvidas na energia de um oscilador sem atrito, constituído de uma massa e uma mola, podemos dizer que a energia total:
a. É constante.
b. Depende da amplitude das oscilações.
c. É constante e depende da amplitude das oscilações.
d. Não é constante
e. Não depende da amplitude
14. Um corpo de massa m, ligado a uma mola de constante elástica k, está animado de um movimento harmônico simples. Nos pontos em que ocorre a inversão no sentido do movimento:
a. São nulas a velocidade e a aceleração.
b. São nulas a velocidade e a energia potencial.
c. O módulo da aceleração e a energia potencial são máximas.
d. A energia cinética é máxima e a energia potencial é mínima.
e. A velocidade, em módulo, e a energia potencial são máximas.
15. Em 1851, o francês Jean Bernard Foucault realizou uma experiência simples e engenhosa que demonstrou a rotação da Terra. No Panthéon de Paris, ele montou um pêndulo que oscilava com período de aproximadamente 16 segundos.
Em relação aos pêndulos simples analise as afirmações abaixo:
I – O período de oscilação completo ocorre quando o pêndulo sai da posição inicial e atinge o ponto diametralmente oposto.
II – A frequência de oscilação é diretamente proporcional ao comprimento do fio que compõe o pêndulo.
III – A energia mecânica no ponto mais baixo da trajetória é exclusivamente cinética.
IV – As dimensões do corpo preso ao fio são desprezíveis quando comparadas ao comprimento deste.
As afirmações verdadeiras são:
a. I e II
b. II e III
c. III e IV
d. IV e I
e. I e III
16. Um corpo de massa m, ligado a uma mola de constante elástica k, está animado de um movimento harmônico simples. No ponto que fica exatamente na metade entre os pontos extremos do deslocamento, é correto afirmar que:
a. São nulas a velocidade e a aceleração.
b. São nulas a velocidade e a energia potencial.
c. O módulo da aceleração e a energia potencial são máximas
d. A energia cinética é máxima e a energia potencial é mínima.
e. A velocidade, em módulo, e a energia potencial são máximas.
17. O gráfico mostra a posição, em função do tempo, de uma partícula em movimento harmônico simples. A equação da posição em função do tempo para esse movimento é dada por x(t) = A cos (ωt + φ). A partir do gráfico, encontre os valores da amplitude e do período.
a. 1,0 m e 1,0 s
b. 2,0 m e 2,0 s
c. 2,0 m e 4,0 s
d. 4,0 m e 8,0 s
e. 1,0 m e 2,0 s
18. Christiaan Huygens, em 1656, criou o relógio de pêndulo. Nesse dispositivo, a pontualidade baseia-se na regularidade das pequenas oscilações do pêndulo.
Para manter a precisão desse relógio, diversos problemas foram contornados. Por exemplo, a haste passou por ajustes até que, no início do século XX, houve uma inovação, que foi sua fabricação usando uma liga metálica que se comporta regularmente em um largo intervalo de temperaturas.
Desprezando a presença de forças dissipativas e considerando a aceleração da gravidade constante, para que esse tipo de relógio realize corretamente a contagem
do tempo, é necessário que o(a):
a. Comprimento da haste seja mantido constante.
b. Massa do corpo suspenso pela haste seja pequena.
c. Material da haste possua alta condutividade térmica.
d. Amplitude da oscilação seja constante a qualquer temperatura.
e. Energia potencial gravitacional do corpo suspenso se mantenha constante.
19. Dois corpos A e B descrevem movimentos periódicos. Os gráficos de suas posições x em função do tempo estão indicadas na figura.
Podemos afirmar que o movimento de A tem, em relação ao movimento de B
a. Menor frequência e mesma amplitude.
b. Maior frequência e mesma amplitude.
c. Mesma frequência e maior amplitude.
d. Menor frequência e menor amplitude.
e. Maior frequência e maior amplitude.
20. Um holofote emite um feixe cilíndrico e vertical de luz dirigido contra o solo, plano e horizontal. Uma pequena esfera opaca executa movimento circular e uniforme no interior desse feixe. A trajetória da esfera está contida num plano vertical.
Analise as afirmações a seguir:
I. O movimento da sombra projetada pela esfera é periódico e oscilatório.
II. O movimento da sombra tem o mesmo período do movimento da esfera.
III. Enquanto a esfera descreve uma semicircunferência, a sombra completa uma oscilação.
IV. A amplitude do movimento da sombra é igual ao diâmetro da circunferência descrita pela esfera.
V. O movimento da sombra é harmônico simples.
Indique a alternativa verdadeira:
a. Apenas I e V são corretas.
b. Apenas I, II, IV e V são corretas.
c. Apenas I, II e V são corretas.
d. Apenas V for correta.
e. Nenhuma está correta