PROVA DE FÍSICA - 1o TRIMESTRE 2012
PROF. VIRGÍLIO
NOME ____________________________________________________ Nº _______ 9º ANO _____
A compreensão do enunciado faz parte da questão. Não faça perguntas ao examinador.
A prova deve ser feita com caneta azul ou preta.
É terminantemente proibido o uso de corretor. Respostas com corretor serão anuladas.
Esta prova é composta por NOVE questões dissertativas e TRÊS testes dispostas em SEIS páginas.
ATENÇÃO: AS TEMPERATURAS, PARA RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES ABAIXO, DEVEM ESTAR NA
ESCALA KELVIN. A TRANSFORMAÇÃO DA ESCALA CELSIUS PARA KELVIN É DADA POR:
T(K) = tc(oC) + 273
PARA CONSULTAR, SE PRECISAR:
TRANSFORMAÇÕES GASOSAS:
1.
2.
3.
4.
ISOTÉRMICAS: Temperatura constante – A energia Interna se conserva (ΔU = 0).
ISOMÉTRICAS: Volume constante – O sistema não realiza trabalho (Trabalho = 0).
ISOBÁRICAS: Pressão constante.
ADIABÁTICAS: Transformação sem troca de Calor (Q = 0).
MÁQUINA TÉRMICA:
ENTROPIA:
A entropia de um sistema termodinâmico isolado nunca diminui. Se o sistema sofre uma transformação
reversível, sua entropia se conserva. Se o sistema sofre uma transformação irreversível, sua entropia
aumenta.
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PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA:
01. [1,0] Transfere-se calor a um sistema, num total de 800 joules. Verifica-se que o sistema se expande,
realizando um trabalho de 150 joules, e que sua energia interna aumenta. Utilizando a primeira lei da
termodinâmica, calcule a variação de energia interna desse sistema.
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02. [1,0] Um gás, que se comporta como gás ideal, sofre expansão sem alteração de temperatura, quando
recebe uma quantidade de calor igual a 8000 J. Determine o valor do trabalho realizado pelo gás durante
esse processo.
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03. [1,0] Enquanto se expande, um gás recebe 1000 J de calor e realiza o trabalho de 700 J. Ao final do
processo, qual foi a variação da energia interna do gás?
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04. [1,0] Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 200 J de energia na forma de calor e expande-se
realizando um trabalho de 300J. Qual a variação da energia interna do gás?
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RASCUNHO
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05. [1,0] Um sistema termodinâmico, constituído por um gás ideal que pode expandir-se, contrair-se, produzir
ou receber trabalho, receber ou fornecer calor, descreve um ciclo que pode ser representado por ABCDA
ou ABEFA.
Considere a evolução da energia interna do sistema em cada trecho dos ciclos. Indique com um X, no
quadro, o resultado esperado.
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SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA / MÁQUINAS TÉRMICAS:
06. [1,0] 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 (Q 1) de uma fonte quente, realiza
trabalho mecânico (W) e libera calor (Q 2) 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
30000 J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa
indústria.
Em relação a essa máquina, determine os valores de Q 1, de Q2.
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07. [1,0] O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste
numa seqüência de transformações, mais precisamente de duas transformações isotérmicas (TH para a
fonte quente e TC para a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim,
o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a temperatura da fonte
quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot operando sobre fontes térmicas de TH = 800 K e
TC = 400 K.
Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J
de calor, responda:
a) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot.
b) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor?
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08. [1,5] A turbina de um avião tem rendimento de 80% do rendimento de uma máquina ideal de Carnot
operando às mesmas temperaturas. Em vôo de cruzeiro, a turbina retira calor da fonte quente a 127°C e
ejeta gases para a atmosfera que está a -33°C.
a) Qual o valor das temperaturas acima, na escala kelvin.
b) Qual o rendimento teórico, se a máquina operasse segundo Carnot?
c) Determine o rendimento real dessa turbina.
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09. [0,5] No Brasil, o álcool tem sido largamente empregado em substituição à gasolina. Uma das diferenças
entre os motores a álcool e à gasolina é o valor da razão de compressão da mistura ar-combustível. O
diagrama a seguir representa o ciclo de combustão de um cilindro de motor a álcool.
Durante a compressão (trecho if) o volume da mistura é reduzido de Vi para Vf. A razão de compressão r
é definida como r = Vi/Vf. Valores típicos de r para motores a gasolina e a álcool são, respectivamente,
r(g) = 9 e r(a) = 11. A eficiência termodinâmica E de um motor é a razão entre o trabalho realizado num
ciclo completo e o calor produzido na combustão. A eficiência termodinâmica é função da razão de
compressão e é dada por: E = 1-1/√r.
Qual a eficiência termodinâmica dos motores a álcool?
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[1,5] TESTES:
01. O gráfico representa a transformação de um gás ideal que passa do estado I para o estado II e, depois,
do estado II para o estado III.
Para que o gás passe do estado I para o II, é necessário que se lhe forneçam 100 kJ de calor; para que
passe do estado II para o III, que se lhe retirem 50 kJ de calor. Sabe-se que a pressão do gás no estado
I é de 100 kPa.
Pode-se afirmar que a variação da energia interna do gás ao
passar do estado I para o III é igual a:
a) zero
b) - 200 kJ
c) - 50 kJ
d) - 140 kJ
e) - 150 kJ
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02. Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450J de uma fonte de calor e liberando 300J no ambiente.
Uma segunda máquina térmica ideal opera recebendo 600J e liberando 450J. Se dividirmos o rendimento
da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina, obteremos
a) 1,50.
b) 1,33.
c) 1,00.
d) 0,75.
e) 0,25.
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03. (DESAFIO) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T 1) 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%
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RASCUNHO
Boa Prova e...
“Aquele Abraço!!”
Virgílio
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