Disciplina
Física
Curso
Professor
Série
Ensino Médio
André Ito
2ª série E.M
ROTEIRO DE ESTUDOS DE RECUPERAÇÃO E REVISÃO
Aluno (a):
Número:
1 - Conteúdo:
Termodinâmica
2 - Data de entrega:
12/12/2012 – quarta-feira
3 - Material para consulta:
Livro didático, atividades avaliativas e caderno de anotações.
4 - Trabalho a ser desenvolvido:
Entregar até a data relacionada acima, a lista que está anexa neste roteiro. Nela está contido todo conteúdo
desenvolvido ao longo do 2º semestre de 2012. Entregar com capa, contendo as identificações do aluno
juntamente com as resoluções de cada um dos exercícios desenvolvidos. Serão avaliados neste trabalho a
organização, desenvolvimento do raciocínio e resolução da situação problema e/ou exercício de resolução para
fixação.
DISCIPLINA
PERÍODO
ANO/SÉRIE/TURMA
PROFESSOR(A)
FÍSICA
4º BIMESTRE
2ª SÉRIE
ANDRÉ ITO
MODALIDADE: EXERCÍCIO
ENSINO MÉDIO
NOME: _________________________________________________________________ Nº _______
1. Dois corpos idênticos, de capacidades térmicas C = 1,3 x 10¨ J /
°C e temperaturas iniciais T = 66 °C e T‚ = 30 °C, são usados
como fontes de calor para uma máquina térmica. Como
conseqüência o corpo mais quente esfria e o outro esquenta, sem
que haja mudança de fase, até que as suas temperaturas fiquem
iguais a Tf = 46 °C. Determine o trabalho total realizado por esta
máquina, em unidades de 10§ J.
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO
APRESENTAÇÃO DA COLETÂNEA
A produção agrícola afeta relações de trabalho, o uso da terra, o
comércio, a pesquisa tecnológica, o meio ambiente.
Refletir sobre a agricultura significa colocar em questão o próprio
modo de configuração de uma sociedade.
1) O açúcar
O branco açúcar que adoçará meu café
nesta manhã de Ipanema
não foi produzido por mim
nem surgiu dentro do açucareiro por milagre.
Vejo-o puro
e afável ao paladar
como beijo de moça, água
na pele, flor
que se dissolve na boca. Mas este açúcar
não foi feito por mim.
Este açúcar veio
da mercearia da esquina e tampouco o fez o Oliveira,
dono da mercearia.
Este açúcar veio
de uma usina de açúcar em Pernambuco
ou no Estado do Rio
e tampouco o fez o dono da usina.
Este açúcar era cana
e veio dos canaviais extensos
que não nascem por acaso
no regaço do vale.
Em lugares distantes, onde não há hospital
nem escola,
homens que não sabem ler e morrem de fome
aos 27 anos
plantaram e colheram a cana
que viraria açúcar.
Em usinas escuras,
homens de vida amarga
e dura
produziram este açúcar
branco e puro
com que adoço meu café esta manhã em
DATA: 12/12/2012
Ipanema.
(Ferreira Gullar, "Dentro da noite veloz". Rio de Janeiro:
Civilização Brasileira, 1975, p. 44, 45.)
2) Se eu pudesse alguma coisa com Deus, lhe rogaria quisesse dar
muita geada anualmente nas terras de serra acima, onde se faz o
açúcar; porque a cultura da cana tem sido muito prejudicial aos
povos: 1¡-) porque tem abandonado ou diminuído a cultura do
milho e do feijão e a criação dos porcos; estes gêneros têm
encarecido, assim como a cultura de trigo, e do algodão e azeite de
mamona; 2¡-) porque tem introduzido muita escravatura, o que
empobrece os lavradores, corrompe os costumes e leva ao desprezo
pelo trabalho de enxada; 3¡-) porque tem devastado as belas matas
e reduzido a taperas muitas herdades; 4¡-) porque rouba muitos
braços à agricultura, que se empregam no carreto dos africanos; 5¡) porque exige grande número de bestas muares que não procriam e
que consomem muito milho; 6¡-) porque diminuiria a feitura da
cachaça, que tão prejudicial é do moral e físico dos moradores do
campo.
(Adaptado de José Bonifácio de Andrada e Silva [1763- 1838], "Projetos para o Brasil". São Paulo: Companhia das Letras,
1998, p. 181, 182.)
3) Uma parceria entre órgãos públicos e iniciativa privada prevê o
fornecimento de oleoginosas produzidas em assentamentos rurais
paulistas para a fabricação de biodiesel. De um lado, a parceria
proporcionará aos assentados uma nova fonte de renda. De outro,
facilitará o cumprimento da exigência do programa nacional de
biodiesel que estabelece que, no Estado de São Paulo, 30% das
oleaginosas para a produção de biodiesel sejam provenientes da
agricultura familiar, para que as indústrias tenham acesso à redução
dos impostos federais.
(Adaptado de Alessandra Nogueira, "Alternativa para os
assentamentos". Energia Brasileira, n¡- 3, jun. 2006, p. 63.)
4) Parece que os orixás da Bahia já previam. O mesmo dendê que
ferve a moqueca e frita o acarajé pode também mover os trios
elétricos no Carnaval. O biotrio, trio elétrico de última geração,
movido a biodiesel, conquista o folião e atrai a atenção de
investidores. Se aproveitarem a dica dos biotrios e usarem
biodiesel, os sistemas de transporte coletivo dos centros urbanos
transferirão recursos que hoje financiam o petrodiesel para as
lavouras das plantas oleaginosas, ajudando a despoluir as cidades.
A auto-suficiência em petróleo, meta conquistada, é menos
importante hoje do que foi no passado. O desafio agora é gerar
excedentes para exportar energias renováveis por meio de
econegócios que melhorem a qualidade do ambiente urbano, com
ocupação e geração de renda no campo, alimentando as economias
rurais e redistribuindo riquezas.
(Adaptado de Eduardo Athayde, "Biodiesel no Carnaval
da Bahia". Folha de S. Paulo, 28/02/2006, p. A3.)
5) Especialistas dizem que, nos EUA, com o aumento dos preços
do petróleo, os agricultores estão dirigindo uma parte maior de suas
colheitas para a produção de combustível do que para alimentos ou
rações animais. A nova estimativa salienta a crescente concorrência
entre alimentos e combustível, que poderá colocar os ricos
motoristas de carros do Ocidente contra os consumidores famintos
nos países em desenvolvimento.
(Adaptado de "Menos milho, mais etanol". Energia
Brasileira, n¡- 3, jun. 2006, p. 39.)
6) O agronegócio responde por um terço do PIB, 42% das
exportações e 37% dos empregos. Com clima privilegiado, solo
fértil, disponibilidade de água, rica biodiversidade e mão-de-obra
qualificada, o Brasil é capaz de colher até duas safras anuais de
grãos. As palavras são do Ministério da Agricultura e
correspondem aos fatos. Essa é, no entanto, apenas metade da
história. Há uma série de questões pouco debatidas: Como se
distribui a riqueza gerada no campo? Que impactos o agronegócio
causa na sociedade, na forma de desemprego, concentração de
renda e poder, êxodo rural, contaminação da água e do solo e
destruição de biomas? Quanto tempo essa bonança vai durar, tendo
em vista a exaustão dos recursos naturais? O descuido
socioambiental vai servir de argumento para a criação de barreiras
não-tarifárias, como a que vivemos com a China na questão da soja
contaminada por agrotóxicos?
(Adaptado de Amália Safatle e Flávia Pardini, "Grãos na
Balança". Carta Capital, 01/09/2004, p. 42.)
7) No que diz respeito à política de comércio internacional da
produção agrícola, não basta batalhar pela redução de tarifas
aduaneiras e pela diminuição de subsídios concedidos aos
produtores e exportadores no mundo rico. Também não basta
combater o protecionismo disfarçado pelo excesso de normas
sanitárias. Este problema é real, mas, se for superado, ainda
restarão regras de fiscalização perfeitamente razoáveis e
necessárias a todos os países. O Brasil não está apenas atrasado em
seu sistema de controle sanitário, em relação às normas em vigor
nos países mais desenvolvidos. A deficiência, neste momento, é
mais grave. Houve um retrocesso em relação aos padrões
alcançados há alguns anos e a economia brasileira já está sendo
punida por isso.
(Adaptado de "Nem tudo é protecionismo". O Estado de
S. Paulo, 14/07/2006, p. B14.)
8) A marcha para o oeste nos Estados Unidos, no século XIX, só se
tornou realidade depois da popularização do arado de aço, por volta
de 1830. A partir do momento em que o solo duro pôde ser arado, a
região se tornou uma das mais produtivas do mundo. No Brasil, o
desbravamento do Centro-Oeste, no século XX, também foi
resultado da tecnologia. Os primeiros agricultores do cerrado
perderam quase todo o investimento porque suas sementes não
vingavam no solo da região. Johanna Dobereiner descobriu que
bactérias poderiam ser utilizadas para diminuir a necessidade de
gastos com adubos químicos. A descoberta permitiu a expansão de
culturas subtropicais em direção ao Equador.
(Adaptado de Eduardo Salgado, "Tecnologia a serviço do
desbravamento". Veja, 29/09/2004, p. 100.)
9) Devido às pressões de fazendeiros do Meio-Oeste e de empresas
do setor agrícola que querem proteger o etanol norte-americano,
produzido com base no milho, contra a competição do álcool
brasileiro à base de açúcar, os Estados Unidos impuseram uma
tarifa (US$ 0,14 por litro) que inviabiliza a importação do produto
brasileiro. E o fizeram mesmo que o etanol à base de açúcar
brasileiro produza oito vezes mais energia do que o combustível
fóssil utilizado em sua produção, enquanto o etanol de milho norteamericano só produz 130% mais energia do que sua produção
consome. Eles o fizeram mesmo que o etanol à base de açúcar
reduza mais as emissões dos gases responsáveis pelo efeito estufa
do que o etanol de milho. E o fizeram mesmo que o etanol à base
de cana-de-açúcar pudesse facilmente ser produzido nos países
tropicais pobres da África e do Caribe e talvez ajudar a reduzir sua
pobreza.
(Adaptado de Thomas Friedman, "Tão burros quanto
quisermos". Folha de S. Paulo, 21/09/2006, p. B2.)
2. Vários textos da coletânea apresentada enfatizam a crescente
importância das fontes renováveis de energia. 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 i ë f) o volume da mistura é
reduzido de V‹ para Vf. A razão de compressão r é definida como r
= V‹/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/Ër.
a) Quais são as eficiências termodinâmicas dos motores a álcool e à
gasolina?
b) A pressão P, o volume V e a temperatura absoluta T de um gás
ideal satisfazem a relação (PV)/T = constante.
Encontre a temperatura da mistura ar-álcool após a compressão
(ponto f do diagrama). Considere a mistura como um gás ideal.
Dados: Ë7 ¸ 8/3; Ë9 = 3; Ë11 ¸10/3; Ë13 ¸ 18/5.
3. Calcule a variação de entropia quando, num processo à pressão
constante de 1,0 atm, se transforma integralmente em vapor 3,0 kg
de água que se encontram inicialmente no estado líquido, à
temperatura de 100°C.
Dado: calor de vaporização da água:
L(v) = 5,4 x 10¦ cal/ kg
4. 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 × 10¥ 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:
Dados: densidade do ar = 1,25 kg/m¤
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.
5. 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.
6. 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 WÝÛ = -150 J. Determine a
quantidade de calor total Q(tot) absorvido pelo gás durante um
ciclo, em joules.
7. 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.
8. 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.
12. No radiador de um carro, a água fica dentro de tubos de metal
(canaletas), como na figura abaixo. Com a ajuda de uma bomba
d'água, a água fria do radiador vai para dentro do bloco do motor,
circulando ao redor dos cilindros. Na circulação, a água recebe
calor da combustão do motor, sofre aumento de temperatura e volta
para o radiador; é então resfriada, trocando calor com o ar que flui
externamente devido ao movimento do carro. Quando o carro está
parado ou em marcha lenta, um termostato aciona um tipo de
ventilador (ventoinha), evitando o superaquecimento da água.
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.
9. 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.
10. A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte
de temperatura alta (T) e a fonte de temperatura baixa (T‚) é dada
pela expressão
n = 1 - (T‚/T),
em que T e T‚ 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%
11. 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%
A situação descrita evidencia que, no processo de combustão, parte
da energia não foi transformada em trabalho para o carro se mover.
Examinando-se as trocas de calor efetuadas, pode-se afirmar:
a) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto maior
for o calor trocado, maio será o rendimento do motor.
b) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto
menor for o calor trocado, menor será o rendimento do motor.
c) Ocorre um aumento da entropia do ar nessas trocas de calor.
d) Ocorrem apenas processos reversíveis nessas trocas de calor.
13. 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
14. Assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada uma das
afirmativas.
( ) É impossível transferir energia na forma de calor de um
reservatório térmico à baixa temperatura para outro com
temperatura mais alta.
( ) É impossível construir uma máquina térmica que, operando
em ciclos, transforme em trabalho toda a energia a ela fornecida na
forma de calor.
( ) Em uma expansão adiabática de um gás ideal, o trabalho é
realizado às custas da diminuição da energia interna do gás.
( ) Em uma expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho é
realizado às custas da diminuição da energia interna do gás.
A seqüência correta é
a) F - V - F - V.
b) F - V - V - F.
c) F - F - V - V.
d) V - F - F - V.
e) V - F - V - F.
a) 1200 cal
d) 1500 cal
b) 1300 cal
e) 1600 cal
c) 1400 cal
18. Os pontos A, B e C do gráfico representam três estados
térmicos de uma determinada massa de gás, sendo TÛ, T½ e TÝ as
temperaturas absolutas correspondentes.
15. 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.
16. Com a mão próxima da boca, é comum observarmos que, ao
soprarmos o ar com a boca quase fechada, temos a sensação
térmica de diminuição de temperatura. Isto ocorre porque o ar sofre
uma rápida expansão
a) adiabática.
b) isobárica.
c) isotérmica.
d) isovolumétrica.
Baseado no gráfico e em seus conhecimentos, é correto afirmar que
a) TÝ = T½ > TÛ.
b) TÝ > T½ >TÛ.
c) TÝ = T½ = TÛ.
d) TÝ < T½ = TÛ.
e) TÝ > T½ = TÛ.
19. Na figura a seguir, os diagramas p × V representam duas
transformações termodinâmicas de uma amostra de gás ideal.
17. Um mol de um gás ideal, inicialmente à temperatura de 300 K,
é submetido ao processo termodinâmico AëBëC mostrado no
diagrama V 'versus' T.
Determine o trabalho realizado pelo gás, em calorias.
Considere R = 2,0 cal/mol.K.
As transformações 1 e 2, denominam-se, respectivamente,
a) Adiabática e isotérmica.
b) isobárica e isométrica.
c) isométrica e isotérmica.
d) adiabática e isobárica.
e) isométrica e isobárica.
20. 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.