Termologia – UEPB
Dilatação Térmica – Parte I
1
Você é convidado a projetar uma ponte metálica, cujo comprimento será de 2,0km. Considerando os efeitos de
contração e expansão térmica para temperaturas no intervalo de -40°F a 110°F e o coeficiente de dilatação linear do
6
1
metal é de 12x10 °C , qual a máxima variação esperada no comprimento da ponte?(O coeficiente de dilatação linear é
constante no intervalo de temperatura considerado).
a) 9,3 m b) 2,0 m c) 3,0 m d) 0,93 m e) 6,5 m
2
O comprimento l de uma barra de latão varia, em função da temperatura θ, segundo o gráfico a seguir.
Assim, o coeficiente de dilatação linear do latão, no intervalo de 0°C a 100°C, vale:
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a) 2,0.10 /°C
5
b) 5,0.10 /°C
4
c) 1,0.10 /°C
4
d) 2,0.10 /°C
4
e) 5,0.10 /°C
3
Assinale a alternativa ERRADA.
a) Os corpos se dilatam sob efeito do calor.
b) Dois corpos em equilíbrio térmico têm, necessariamente, a mesma temperatura.
c) A transferência de calor se faz do corpo mais frio para o mais quente.
d) Quando um corpo absorve calor, sua energia térmica aumenta.
e) Temperatura é a medida da energia térmica de um corpo.
4
O princípio de um termostato pode ser esquematizado pela figura abaixo. Ele é constituído de duas lâminas de
metais, A e B, firmemente ligadas. Sabendo-se que o metal A apresenta coeficiente de dilatação volumétrica maior que
o metal B, um aumento de temperatura levaria a qual das condições abaixo?
5
Uma porca está muito apertada no parafuso. O que você deve fazer para afrouxá-la?
a) É indiferente esfriar ou esquentar a porca.
b) Esfriar a porca.
c) Esquentar a porca.
d) É indiferente esfriar ou esquentar o parafuso.
e) Esquentar o parafuso.
6
Uma placa de alumínio tem um grande orifício circular no qual foi colocado um pino, também de alumínio, com
grande folga. O pino e a placa são aquecidos de 500°C, simultaneamente.
Podemos afirmar que
a) a folga irá aumentar, pois o pino ao ser aquecido irá contrair-se.
b) a folga diminuirá, pois ao aquecermos a chapa a área do orifício diminui.
c) a folga diminuirá, pois o pino se dilata muito mais que o orifício.
d) a folga irá aumentar, pois o diâmetro do orifício aumenta mais que o diâmetro do pino.
e) a folga diminuirá, pois o pino se dilata, e a área do orifício não se altera.
7
Esta figura mostra um disco metálico de raio R com um orifício também circular, concêntrico, de raio r. À
temperatura t1=20°C, a relação entre esses raios é R=2r.
À temperatura t2=40°C, a relação entre os raios do disco R' e do orifício r' será:
a) R' = r' b) R' = 2r' c) R' = 3r' d) R' = 4r'
e) indefinida, porque depende do coeficiente de dilatação do material.
5
1
8
Uma chapa de alumínio (α = 2,2.10 °C ), inicialmente a 20°C, é utilizada numa tarefa doméstica no interior de
um forno aquecido a 270°C. Após o equilíbrio térmico, sua dilatação superficial, em relação à área inicial, foi de:
a) 0,55% b) 1,1% c) 1,65% d) 2,2% e) 4,4%
9
A figura abaixo mostra dois frascos de vidro (1 e 2), vazios, ambos com tampas de um mesmo material
indeformável, que é diferente do vidro. As duas tampas estão plenamente ajustadas aos frascos, uma internamente e
outra externamente. No que respeita à dilatabilidade desses materiais, e considerando αv que é o coeficiente de
expansão dos dois vidros e que αt é o coeficiente de expansão das duas tampas, assinale o que for correto.
01) Sendo αt menor que αv, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 1 se romperá.
02) Sendo αt maior que αv, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 2 se romperá.
04) Sendo αt menor que αv, se elevarmos a temperatura dos dois conjuntos, ambos se romperão.
08) Sendo αt maior que αv, se diminuirmos a temperatura dos dois conjuntos, o vidro 1 se romperá.
16) Qualquer que seja a variação a que submetermos os dois conjuntos, nada ocorrerá com os frascos e com as
tampas.
5
1
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Uma placa de aço (coeficiente de dilatação linear=1,0.10 °C ) tem o formato de um quadrado de 1,5m de lado
e encontra-se a uma temperatura de 10°C. Nessa temperatura, retira-se um pedaço da placa com formato de um disco
de 20cm de diâmetro e aquece-se, em seguida, apenas a placa furada, até a temperatura de 510°C. Recolocando-se o
disco, mantido a 10°C, no "furo" da placa a 510°C, verifica-se uma folga, correspondente a uma coroa circular de área:
2
2
2
2
2
a) 1,57 cm b) 3,14 cm c) 6,3 cm d) 12,6 cm e) 15,7 cm
11
No estudo dos materiais utilizados para a restauração de dentes, os cientistas pesquisam entre outras
características o coeficiente de dilatação térmica. Se utilizarmos um material de coeficiente de dilatação térmica
inadequado, poderemos provocar sérias lesões ao dente, como uma trinca ou até mesmo sua quebra. Neste caso, para
que a restauração seja considerada ideal, o coeficiente de dilatação volumétrica do material de restauração deverá ser:
a) igual ao coeficiente de dilatação volumétrica do dente.
b) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com
alimentos muito frios.
c) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com
alimentos muito frios.
d) maior que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com
alimentos muito quentes.
e) menor que o coeficiente de dilatação volumétrica do dente, se o paciente se alimenta predominantemente com
alimentos muito quentes.
12
Um bloco maciço de zinco tem forma de cubo, com aresta de 20cm a 50°C. O coeficiente de dilatação linear
6
1
médio do zinco é 25.10 °C .
O valor, em cm¤, que mais se aproxima do volume desse cubo a uma temperatura de -50°C é:
a) 8060 b) 8000 c) 7980 d) 7940 e) 7700
13
O motorista abasteceu o carro às 7 horas da manhã, quando a temperatura ambiente era de 15°C, e o deixou
estacionado por 5 horas, no próprio posto. O carro permaneceu completamente fechado, com o motor desligado e com
as duas lâmpadas internas acesas. Ao final do período de estacionamento, a temperatura ambiente era de 40°C.
Considere as temperaturas no interior do carro e no tanque de gasolina sempre iguais à temperatura ambiente.
Ao estacionar o carro, a gasolina ocupava uma certa fração f do volume total do tanque de combustível, feito de aço.
Estabeleça o valor máximo de f para o qual a gasolina não transborde quando a temperatura atinge os 40°C.
4
1
Dados: coeficiente de expansão volumétrica da gasolina = 9,0x10 °C e coeficiente de expansão volumétrica do aço =
5
1,0x10 °C
Dilatação Térmica – II Parte
1
Quando aumentamos a temperatura dos sólidos e dos líquidos, normalmente seus volumes aumentam.
Entretanto, algumas substâncias apresentam um comportamento anômalo, como é o caso da água, mostrado no
gráfico a seguir. Assinale a afirmativa CORRETA.
a) O volume da água aumenta e sua densidade diminui, quando ela é resfriada abaixo de 4°C.
b) Entre 4°C e 0°C, a diminuição de temperatura faz com que a água se torne mais densa.
c) Quando a água é aquecida, a partir de 4°C sua densidade e seu volume aumentam.
d) Quando a água está a 4°C, ela apresenta a sua menor densidade.
2
Um bulbo de vidro conectado a um tubo fino, com coeficiente de dilatação desprezível, contendo certa massa
de água na fase líquida é mostrado a seguir em três situações de temperatura. Na primeira, o sistema está a 4°C; na
segunda, a 1°C e, na terceira, a 10°C. Conforme a temperatura, a água ocupa uma certa porção do tubo. Tal fenômeno
é explicado:
a) pelo aumento de volume da água de 0°C a 4°C, seguido da diminuição do volume a partir de 4°C.
b) pela diminuição da densidade da água de 0°C a 4°C, seguido do aumento da densidade a partir de 4°C.
c) pelo aumento do volume da água a partir de 0°C.
d) pelo aumento da densidade da água de 0°C a 4°C, seguido da diminuição da densidade a partir de 4°C.
e) pela diminuição do volume da água a partir de 0°C.
3
Misturando-se convenientemente água e álcool, é possível fazer com que uma gota de óleo fique imersa, em
repouso, no interior dessa mistura, como exemplifica o desenho a seguir. Os coeficientes de dilatação térmica da
4
4
mistura e do óleo valem, respectivamente, 2,0.10 /°C e 5,0.10 /°C
Esfriando-se o conjunto e supondo-se que o álcool não evapore, o volume da gota:
a) diminuirá e ela tenderá a descer.
b) diminuirá e ela tenderá a subir.
c) diminuirá e ela permanecerá em repouso.
d) aumentará e ela tenderá a subir.
e) aumentará e ela tenderá a descer.
4
Dois termômetros de vidro idênticos, um contendo mercúrio (M) e outro água (A), foram calibrados em 0°C e
37°C, obtendo-se as curvas M e A, da altura da coluna do líquido em função da temperatura. A dilatação do vidro pode
ser desprezada. Considere as seguintes afirmações:
I - O coeficiente de dilatação do mercúrio é aproximadamente constante entre 0°C e 37°C.
II - Se as alturas das duas colunas forem iguais a 10mm, o valor da temperatura indicada pelo termômetro de água vale
o dobro da indicada pelo de mercúrio.
III - No entorno de 18°C o coeficiente de dilatação do mercúrio e o da água são praticamente iguais.
Podemos afirmar que só são corretas as afirmações
a) I, II e III b) I e II c) I e III d) II e III e) I
5
O que ocorre com a densidade de um sólido quando sua temperatura aumenta? Explique.
6
O que você entende por dilatação aparente de um liquido? Por que a dilatação aparente, em geral, não é igual
à dilatação real do líquido?
7
Descreva o que acontece com o volume de uma certa massa de água quando ela é aquecida de 0ºC até
100ºC. Em qual temperatura a água apresenta densidade máxima? Explique por que esse fato é fundamental para a
preservação da fauna e da flora nos lagos e rios de países onde o inverno é rigoroso.
8
Um corpo, cujo coeficiente de dilatação volumétrica é y, possui a 0ºC, um volume V 0 e densidade d0.
Aquecendo este corpo a uma temperatura tºC, mostre que nesta temperatura :
a)
b)
9
Seu volume será dado por V = V0(1 +yt);
Sua densidade é dada por d = d0/(1 + yt).
Analise as afirmativas seguintes e assinale aquelas corretas:
I – se duas barras, feitas de mesmo material, são submetidas a mesma variação de temperatura, ambas sofrerão
dilatações iguais.
II – o comprimento de uma barra metálica será duplicado se dobrarmos o valor de sua temperatura absoluta.
III – a densidade da água é máxima a 4ºC.
10
Em relação à densidade da água, a afirmação correta é:
a)
b)
c)
d)
e)
No estado líquido, a 0ºC, ela é máxima;
Enquanto a temperatura diminui de 4ºC para 0ºC, ela aumenta.
À medida que a temperatura da água diminui sua densidade também diminui.
A 4ºC ela é máxima;
À temperatura ambiente (cerca de 23ºC), ela é maior do que após ser aquecida.
11
Um frasco de capacidade para 10 litros está completamente cheio de glicerina e encontra-se à temperatura de
10°C. Aquecendo-se o frasco com a glicerina até atingir 90°C, observa-se que 352 ml de glicerina transborda do frasco.
-4
1
Sabendo-se que o coeficiente de dilatação volumétrica da glicerina é 5,0 × 10 °C , o coeficiente de dilatação linear do
1.
frasco é, em °C
5
a) 6,0 × 10 .
-5
b) 2,0 × 10 .
4
c) 4,4 × 10 .
4
d) 1,5 × 10 .
12
Num dia quente em Goiânia, 32°C, uma dona de casa coloca álcool em um recipiente de vidro graduado e
lacra-o bem para evitar evaporação. De madrugada, com o termômetro acusando 12°C, ela nota surpresa que, apesar
do vidro estar bem fechado, o volume de álcool reduziu. Sabe-se que o seu espanto não se justifica, pois trata-se do
fenômeno da dilatação térmica. A diminuição do volume foi de
Considere o coeficiente de dilatação térmica volumétrica do álcool:
3
1
y(álcool) = 1,1 × 10 °C >> y(vidro)
a) 1,1%
b 2,2%
c) 3,3%
d) 4,4%
e) 6,6%
13
Pensando no movimento das partículas que compõem dois corpos A e B, o que significa dizer que A é mais
quente do B?
14
Defina Calor e Temperatura.
15
Com respeito a temperatura, assinale a afirmativa mais correta:
a) A escala Celsius é utilizada em todos os países do mundo e é uma escala absoluta. A escala Kelvin só é usada em
alguns países por isso é relativa.
b) A Kelvin é uma escala absoluta, pois trata do estado de agitação das moléculas, e é usada em quase todos os
países do mundo.
c) A escala Celsius é uma escala relativa e representa, realmente, a agitação das moléculas.
d) As escalas Celsius e Kelvin referem-se ao mesmo tipo de medida e só diferem de um valor constante e igual a 273.
e) A escala Celsius é relativa ao ponto de fusão do gelo e de vapor da água e o intervalo é dividido em noventa e nove
partes iguais.
16
O texto a seguir foi extraído de uma matéria sobre congelamento de cadáveres para sua preservação por
muitos anos, publicada no jornal "O Estado de S.Paulo" de 21.07.2002.
Após a morte clínica, o corpo é resfriado com gelo. Uma injeção de anticoagulantes é aplicada e um fluido especial é
bombeado para o coração, espalhando-se pelo corpo e empurrando para fora os fluidos naturais. O corpo é colocado
numa câmara com gás nitrogênio, onde os fluidos endurecem em vez de congelar. Assim que atinge a temperatura de 321°, o corpo é levado para um tanque de nitrogênio líquido, onde fica de cabeça para baixo.
Na matéria, não consta a unidade de temperatura usada. Considerando que o valor indicado de -321° esteja correto e
que pertença a uma das escalas, Kelvin, Celsius ou Fahrenheit, pode-se concluir que foi usada a escala
a) Kelvin, pois trata-se de um trabalho científico e esta é a unidade adotada pelo Sistema Internacional.
b) Fahrenheit, por ser um valor inferior ao zero absoluto e, portanto, só pode ser medido nessa escala.
c) Fahrenheit, pois as escalas Celsius e Kelvin não admitem esse valor numérico de temperatura.
d) Celsius, pois só ela tem valores numéricos negativos para a indicação de temperaturas.
e) Celsius, por tratar-se de uma matéria publicada em língua portuguesa e essa ser a unidade adotada oficialmente no
Brasil.
17
Uma bobina contendo 2000m de fio de cobre medido num dia em que a temperatura era de 35°C, foi utilizada
e o fio medido de novo a 10°C. Esta nova medição indicou:
a) 1,0 m a menos
b) 1,0 m a mais
c) 2000 m
d) 20 m a menos
e) 20 mm a mais
Calorimetria Exercícios
1
Em um dia quente, um atleta corre dissipando 750W durante 30min. Suponha que ele só transfira esta energia
para o meio externo através da evaporação do suor e que todo o seu suor seja aproveitado para sua refrigeração.
Adote L=2.500J/g para o calor latente de evaporação da água na temperatura ambiente.
a) Qual é a taxa de perda de água do atleta em kg/min?
b) Quantos litros de água ele perde em 30min de corrida?
2
(UFRN – 2006) Diariamente, Dona Leopoldina coloca uma lata de refrigerante, cuja temperatura é de 30 ºC,
uma caixa térmica contendo gelo e, após esperar algumas horas, bebe o refrigerante a uma temperatura de
aproximadamente 5 ºC. Nesse caso, é correto afirmar que a diminuição da temperatura do refrigerante se explica
porque, no interior da caixa térmica, a lata de refrigerante.
a)
Cede calor para o gelo, e este cede calor para ela, porém numa quantidade menor que a recebida.
b)
Recebe frio do gelo, para o qual cede calor, porém numa quantidade menor que o frio recebido.
c)
Cede calor para o gelo, e este cede calor para ela, porém numa quantidade maior que a recebida.
d)
Recebe frio do gelo, para o qual cede calor, porém numa quantidade maior que o frio recebido.
3
(UFCG – 2006 )João Batista estuda Termodinâmica com um professor que valoriza a abordagem conceitual e
discute as implicações entre as relações matemáticas e os fenômenos observados na vida cotidiana. Numa discussão
sobre as transições de fase da água, João Batista ficou curioso para entender porque nos lagos gelados da Sibéria
(região da Tundra) peixes e outros seres vivos sobrevivem, apesar da temperatura ambiente, próxima à superfície do
lago, ser de 40 ºC abaixo de zero. A explicação que o professor apresentou ao estudante relaciona-se,
necessariamente, com a seguinte informação:
a) O calor específico da água é bem maior do que o calor específico do ar.
b) A densidade da água diminui à medida que a temperatura diminui até 0ºC.
c) A densidade da água diminui abaixo de 4ºC e, assim, a água congela-se na superfície e não no fundo do lago.
d) A capacidade térmica dos corpos dos peixes não permite que a água congele abaixo da camada superficial de gelo
no lago.
e) A condutividade térmica da água é menor que a condutividade térmica do gelo.
4
(UEPB – 2006) O Brasil é um dos poucos países que ainda utilizam o chuveiro elétrico para aquecimento de
água. No momento atual de conscientização sobre a redução do uso da energia, as placas coletoras de energia solar
tornam-se uma boa opção para aquecer água. O aquecedor solar (fig. abaixo) é constituído basicamente pelo coletor
solar e o reservatório térmico. O coletor solar geralmente é composto por uma caixa metálica fabricada em alumínio a
qual possui no seu interior uma placa absorvedora pintada de preto e tubos de cobre, por onde escoa a água a ser
aquecida. Na parte frontal do coletor existe uma cobertura transparente de vidro. Todo o sistema é isolado
termicamente para evitar perdas de calor para o meio. O sistema possui uma boa vedação para mantê-lo isento da
umidade externa. O reservatório térmico é um tanque destinado a armazenar a água quente, proveniente do coletor
solar, de modo a atender à demanda diária, mesmo fora dos horários de incidência solar.
Pode-se afirmar que, no funcionamento do coletor solar, o aquecimento da água que passa pela tubulação deve-se
seqüencialmente aos seguintes processos de transferência de energia por diferença de temperatura:
a) Irradiação, convecção e condução.
b) Irradiação e condução
c) condução e convecção
d) Irradiação e convecção
e) Irradiação, condução e convecção.
5
(UEPB – 2006) Uma pessoa utiliza-se de um aquecedor elétrico de imersão, de potência constante e igual a
3
0,84 kW para aquecer 2000 cm de água numa panela metálica de 500 g de massa, até atingir o ponto de ebulição, sob
pressão normal. Sabe-se que a temperatura inicial do conjunto (panela + água) está a 20ºC e que a panela e a água
estão sempre em equilíbrio térmico entre si. Considerando que c metal = 0,20 cal/gºC, dágua=1g/cm3, c água= 1,0
cal/gºC, 1 caloria = 4,2 joules e admitindo que apenas o referido conjunto recebeu calor do aquecedor, o tempo mínimo
necessário para se atingir o objetivo em minutos é:
a) 24 b) 1,4 c) 14 d) 12 e) 3,0
6
(UEPB – 2006) Até o início do século XIX, acreditava-se que a temperatura de um corpo estava associada a
uma substância fluida, invisível e de peso desprezível, denominada calórico, contida no interior do corpo. No decorrer
do mesmo século essas idéias foram contestadas e, através de algumas experiências, a exemplo de uma realizada
pelo físico inglês James Prescott Joule (1818 - 1889), identificou-se definitivamente o calor como energia. Com base
nas informações contidas no texto acima e em suas experiências diárias, analise as seguintes proposições:
I. Quando colocamos a mão na maçaneta e na madeira de uma porta, a sensação distinta de quente e frio está
associada à diferença de temperatura entre ambas.
II. Ao colocar a mão embaixo de uma panela retirada do fogo a uma certa distância, tem-se a sensação de quente, uma
vez que a troca de calor neste processo dá-se por convecção.
III. Retirando-se da geladeira uma lata e uma garrafa (de vidro) de refrigerante em equilíbrio térmico, tem-se a
impressão de que a lata está mais fria que a garrafa. Esta sensação diferenciada é explicada por a lata, que geralmente
é de alumínio, apresentar maior coeficiente de condutividade térmica do que a garrafa de vidro.
IV. As garrafas térmicas são constituídas de um recipiente de vidro de paredes duplas, espelhadas interna e
externamente. A quase inexistência de ar entre as paredes dificulta a propagação do calor, quer por condução, quer por
convecção. A partir da análise feita, assinale a alternativa correta:
a) Todas as proposições são verdadeiras
b) Apenas as proposições I e III são verdadeiras
c) Apenas as proposições II e III são verdadeiras
d) Apenas as proposições II e IV são verdadeiras
e) Apenas as proposições III e IV são verdadeiras
7
Na tabela é possível ler os valores do calor específico de cinco substâncias no estado líquido, e no gráfico é
representada a curva de aquecimento de 100 g de uma dessas substâncias.
A curva de aquecimento representada é a
a) da água.
b) do álcool etílico.
c) do ácido acético.
d) da acetona.
e) do benzeno.
8
Um cowboy atira contra uma parede de madeira de um bar. A massa da bala de prata é 2 g e a velocidade
com que esta bala é disparada é de 200 m/s. É assumido que toda a energia térmica gerada pelo impacto permanece
na bala.
a) Determine a energia cinética da bala antes do impacto.
b) Dado o calor específico da prata 234 J/kg°C, qual a variação de temperatura da bala, supondo que toda a energia
cinética é transformada em calor no momento que a bala penetra na madeira?
9
Um atleta envolve sua perna com uma bolsa de água quente, contendo 600g de água à temperatura inicial de
90°C. Após 4 horas ele observa que a temperatura da água é de 42°C. A perda média de energia da água por unidade
de tempo é:
Dado: c = 1,0 cal/g. °C
a) 2,0 cal/s
b) 18 cal/s
c) 120 cal/s
d) 8,4 cal/s
e) 1,0 cal/s
10
(Unifesp -2006) Qualquer dos seus leitores que tenha a ventura de residir em meio ao romântico cenário do
País de Gales ou da Escócia poderia, não tenho dúvida, confirmar meus experimentos medindo a temperatura no topo
e na base de uma cascata. Se minhas observações estão corretas, uma queda de 817 pés deve gerar um grau de
calor, e a temperatura do rio Niágara deve subir cerca de um quinto de grau por causa de sua queda de 160 pés. Esse
trecho foi publicado em 1845 por James P. Joule na seção de cartas da revista inglesa "Philosophical Magazine" e
ilustra os resultados por ele obtidos em suas experiências para a determinação do equivalente mecânico do calor.
2
Sendo c(água) = 4 200 J/(kg°C) o calor específico da água, adotando g = 10 m/s , 817pés = 250 m e 160pés = 50 m,
pode-se afirmar que, ao se referir a "um grau de calor" e a "um quinto de grau", Joule está exprimindo valores de
temperatura que, em graus Celsius, valem aproximadamente
a) 5,0 e 1,0. b) 1,0 e 0,20. c) 0,60 e 0,12.
d) 0,30 e 0,060. e) 0,10 e 0,020.
11
Acende-se uma lâmpada de 100W que está imersa num calorímetro transparente contendo 500g de água. Em
1 minuto e 40 segundos a temperatura da água sobe 4,5°C. Qual porcentagem de energia elétrica fornecida à lâmpada
é convertida em luz? (Considere o calor específico da água 4,2Joules/g.°C e que a luz produzida não é absorvida pelo
calorímetro. Despreze a capacidade térmica do calorímetro e da lâmpada).
12
Uma panela de pressão com água até a metade é colocada no fogo. Depois que a água está fervendo, a
panela é retirada do fogo e, assim que a água pára de ferver, ela é colocada debaixo de uma torneira de onde sai água
fria. É observado que a água dentro da panela volta a ferver. Isto se deve ao fato de:
a) a água fria esquentar ao entrar em contado com a panela, aumentando a temperatura interna.
b) a temperatura da panela abaixar, contraindo o metal e aumentando a pressão interna.
c) a água fria fazer com que o vapor dentro da panela condense, aumentando a pressão interna.
d) a temperatura da panela abaixar, dilatando o metal e abaixando a pressão interna.
e) a água fria fazer com que o vapor dentro da panela condense, abaixando a pressão interna.
13
Quando um corpo recebe calor:
a) sua temperatura necessariamente se eleva.
b) sua capacidade térmica diminui.
c) o calor específico da substância que o constitui aumenta.
d) pode eventualmente mudar seu estado de agregação.
e) seu volume obrigatoriamente aumenta.
14
Numa câmara frigorífica, um bloco de gelo de massa m=8,0kg desliza sobre rampa de madeira da figura a
seguir, partindo do repouso, de uma altura h=1,8m.
a) Se o atrito entre o gelo e a madeira fosse desprezível, qual seria o valor da velocidade do bloco ao atingir o solo
(ponto A da figura)?
b) Entretanto, apesar de pequeno, o atrito entre o gelo e a madeira não é desprezível, de modo que o bloco de gelo e
chega à base da rampa com velocidade de 4,0m/s. Qual foi a energia dissipada pelo atrito?
c) Qual a massa de gelo (a 0°C) que seria fundida com esta energia? Considere o calor latente de fusão do gelo
L=80cal/g e, para simplificar, adote 1cal=4,0J.
3
15
Numa cavidade de 5cm feita num bloco de gelo, introduz-se uma esfera homogênea de cobre de 30g
aquecida a 100°C, conforme o esquema a seguir. Sabendo-se que o calor latente de fusão do gelo é de 80cal/g, que o
3
calor específico do cobre é de 0,096cal/g°C e que a massa específica do gelo é de 0,92g/cm O volume total da
cavidade é igual a:
3
3
3
3
3
a) 8,9 cm . b) 3,9 cm . c) 39,0 cm . d) 8,5 cm . e) 7,4 cm .
Termodinâmica
1
A primeira lei da termodinâmica diz respeito à:
a) dilatação térmica
b) conservação da massa
c) conservação da quantidade de movimento
d) conservação da energia
e) irreversibilidade do tempo
2
A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que o aumento ΔU da energia interna de um sistema é dado por
ΔU=ΔQ-ΔW, onde ΔQ é o calor recebido pelo sistema, e ΔW é o trabalho que esse sistema realiza.
Se um gás real sofre uma compressão adiabática, então,
a) ΔQ = ΔU. b) ΔQ = ΔW. c) ΔW = 0. d) ΔQ = 0. e) ΔU = 0.
3
Como conseqüência da compressão adiabática sofrida por um gás, pode-se afirmar que.
a) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura diminui.
b) a densidade do gás e sua temperatura diminuem.
c) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura permanece constante.
d) a densidade do gás e sua temperatura aumentam.
e) a densidade do gás e sua temperatura permanecem constantes.
4
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.
a) Considere a evolução da energia interna do sistema em cada trecho dos ciclos. Indique com um X, no quadro, o
resultado esperado.
b) Qual foi a lei ou princípio físico que você usou na questão anterior?
c) No ciclo ABCDA, calcule o rendimento do ciclo em termos do calor Q 1 recebido e Q2 fornecido pelo sistema.
5
Um corpo recebe 40 Joules de calor de um outro corpo e rejeita 10 Joules para um ambiente.
Simultaneamente, o corpo realiza um trabalho de 200 Joules. Estabeleça baseado na primeira lei da termodinâmica, o
que acontece com a temperatura do corpo em estudo.
6
Com relação às transformações sofridas por um gás perfeito, assinale a alternativa INCORRETA.
a) Na transformação adiabática, a variação de energia cinética das moléculas é nula
b) Na transformação isobárica, não há variação da pressão do gás.
c) Na transformação isotérmica, a energia cinética média das moléculas não se altera.
d) Na transformação adiabática, não há troca de calor com o meio exterior.
e) Na transformação isotérmica, há troca de calor com o meio exterior.
7
Transfere-se calor a um sistema, num total de 200 calorias. Verifica-se que o sistema se expande, realizando
um trabalho de 150 joules, e que sua energia interna aumenta.
a) Considerando 1 cal = 4J calcule a quantidade de energia transferida ao sistema, em joules.
b) Utilizando a primeira lei da termodinâmica, calcule a variação de energia interna desse sistema.
8
Quando um gás ideal sofre uma expansão isotérmica,
a) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual ao trabalho realizado pelo gás na expansão.
b) não troca energia na forma de calor com o meio exterior.
c) não troca energia na forma de trabalho com o meio exterior.
d) a energia recebida pelo gás na forma de calor é igual à variação da energia interna do gás.
e) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação da energia interna do gás.
9
Em um quarto totalmente fechado há uma geladeira que pode ser ligada à energia elétrica. Com o objetivo de
resfriar o quarto, um garoto, que nele se encontra, liga a geladeira, mantendo-a de porta aberta. Você acha que esse
objetivo será alcançado? Explique.
10
Um sistema termodinâmico realiza o ciclo ABCA representado a seguir.
O trabalho realizado pelo sistema no ciclo vale, em joules:
5
5
5
5
5
a) 2,5 x 10 b) 4,0 x 10 c) 3,0 x 10 d) 5,0 x 10 e) 2,0 x 10
11
A figura a seguir representa o gráfico pressão versus volume da expansão isotérmica de um gás perfeito. É
correto afirmar que:
a) a curva apresentada é uma isobárica
b) a área sombreada do gráfico representa numericamente o trabalho realizado pelo gás ao se expandir
c) a área sombreada é numericamente igual ao trabalho realizado sobre o gás para sua expansão
d) a curva do gráfico é uma isocórica
12
Certa massa gasosa, contida num reservatório, sofre uma transformação termodinâmica no trecho AB. O
gráfico mostra o comportamento da pressão P, em função do volume V.
O módulo do trabalho realizado pelo gás, na transformação do trecho AB, é de:
a) 400J. b) 800J. c) 40kJ. d) 80kJ. e) 600J.
13
Considere um gás ideal, cujas transformações I, II e III são mostradas no diagrama P × V a seguir.
Essas transformações, I a III, são denominadas, respectivamente, de:
a) adiabática, isobárica, isométrica
b) isométrica, isotérmica, isobárica
c) isobárica, isométrica, adiabática
d) isométrica, adiabática, isotérmica
14
A figura a seguir representa o ciclo de Carnot, para um gás ideal.
Nessas condições, é correto afirmar:
(01) Na compressão adiabática, a energia interna do gás diminui.
(02) Na expansão isotérmica, o gás recebe calor de uma das fontes.
(04) Na expansão adiabática, a temperatura do gás diminui.
(08) Na compressão isotérmica, a energia interna do gás diminui.
(16) Na transformação cíclica, o gás atinge o equilíbrio térmico com a fonte quente, antes de reiniciar novo ciclo.
Soma (
)
15
De acordo com a teoria da Termodinâmica, é correto afirmar:
(01) O calor só pode fluir de um corpo a outro de menor temperatura.
(02) O princípio da conservação da energia é válido para qualquer sistema físico isolado.
(04) Uma máquina térmica transforma integralmente calor em trabalho.
(08) A variação da entropia correponde à variação da energia útil do sistema.
(16) Todos os processos naturais irreversíveis acarretam aumento na indisponibilidade de energia.
Soma (
)
16
Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Em cada
ciclo ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior, em
calorias, vale.
a) 1000 b) 600 c) 500 d) 400 e) 200
17
Um folheto explicativo sobre uma máquina térmica afirma que ela, ao receber 1000 cal de uma fonte quente,
realiza 4186 J de trabalho. Sabendo que 1 cal equivale a 4,186 J e com base nos dados fornecidos pelo folheto, você
pode afirmar que esta máquina:
a) viola a 1ª Lei da Termodinâmica.
b) possui um rendimento nulo.
c) possui um rendimento de 10%.
d) viola a 2ª Lei da Termodinâmica.
e) funciona de acordo com o ciclo de Carnot.
18
Quando uma máquina recebe calor e transforma parte deste calor em trabalho útil, dizemos que essa máquina
é um motor ou refrigerador?
19
Quando uma máquina recebe trabalho e transforma este trabalho em calor, dizemos que essa máquina é um
motor ou refrigerador?
20
Se uma máquina térmica recebe da fonte quente 100J de calor, realiza um trabalho de 80J e rejeita para a
fonte fria 30J, qual lei termodinâmica está sendo desrespeitada?
21
Uma máquina térmica de Carnot é operada entre duas fontes de calor a temperaturas de 400K e 300K. Se, em
cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em calorias, vale
a) 300 b) 450 c) 600 d) 750 e) 900
22
A respeito do que faz um refrigerador, pode-se dizer que:
a) produz frio.
b) anula o calor.
c) converte calor em frio.
d) remove calor de uma região e o transfere a outra.
23
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.
Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) a respeito do ciclo de Carnot:
(01) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica.
(02) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes, às temperaturas T 1 e T2, pode ter maior
rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.
(04) 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.
(08) O rendimento da máquina de Carnot depende apenas das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.
(16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.
24
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.
25
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.
Gabarito
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
b
a
e
d
c
d
b
b
11
c
a
d
ΔVap = 0,02225Vo
Dilatação Térmica - II Parte
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
a
d
a
c
Diminui, pois volume aumenta.
pessoal
Analisar a dilatação anômala da água.
Demonstração.
f, f, v
d
a
b
Vma > Vmb
pessoal
a
c
a
Calorimetria – Gabarito
1.
a) 0,018 kg/ min b) 0,54 litro
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
a
c
e
c
e
e
a) 40J b)85,5 ºC
a
c
95,7 %
e
d
a) 6 m/s b) – 80J c) 0,25g
a
Termodinâmica – Gabarito
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
d
d
b
Análise Gráfica,
diminui
a
a) 800J b) 650J
a
Pessoal
d
b
c
b
06
26
d
d
Motor
Refrigerador
1ª Lei
e
d
26
e
VVVVV