Física
Setor B
Prof.:
Revisanglo Semi – Caderno 3 – Código: 829382310
Índice-controle de Estudo
Aula 17 (pág. 88)
AD
TM
TC
Aula 18 (pág. 88)
AD
TM
TC
Aula 19 (pág. 90)
AD
TM
TC
Aula 20 (pág. 90)
AD
TM
TC
Aula 21 (pág. 92)
AD
TM
TC
Aula 22 (pág. 94)
AD
TM
TC
Aulas
Gases, transformações gasosas
e trabalho de força de pressão
17 e 18
3. (UNESP) Um cilindro contendo no seu interior
uma amostra de gás ideal é vedado por um êmbolo, que pode deslizar na direção vertical, livremente, como nos mostra o esquema a seguir.
êmbolo
gás ideal
1. Considere um gás em um recipiente fechado.
Para esse gás, responda:
a) quais são as suas variáveis de estado?
A pressão, o volume e a temperatura.
b) quando é que ele sofre uma transformação?
Quando suas variáveis de estado (pelo menos duas)
se modificam.
2. Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) em cada
uma das afirmações a seguir.
a) ( F ) Aumentando-se a temperatura de um
gás contido em um recipiente fechado, de paredes rígidas, ocorre uma
diminuição de pressão do gás.
b) ( V ) Numa transformação isotérmica de um
gás perfeito, a pressão do gás é inversamente proporcional ao volume.
c) ( V ) Numa transformação isobárica, o quociente do volume pela temperatura
absoluta se mantém constante.
d) ( V ) Numa transformação isométrica, o
quociente da pressão pela temperatura absoluta se mantém constante.
e) ( F ) A alteração da temperatura de um corpo ocorre devido à ausência de outros
corpos ou à ausência de ação de forças.
88
A amostra de gás ideal ocupa inicialmente um
volume de 1,0 103 m3, e a pressão exercida
sobre ele pelo êmbolo e pela coluna de ar atmosférico acima dele é de 1,4 105 N/m2. Recebendo
uma certa quantidade de calor, o gás expande e
passa a ocupar o volume de 1,5 103 m3. Nessas
condições, o trabalho realizado pela força de
pressão que a amostra do gás ideal aplica ao
êmbolo é, em joules, de:
➜ a) 70
b) 140
c) 210
d) 360
e) 430
τ p V
τ 1,4 105 (1,5 1,0) 103
τ 70 J
Portanto, a alternativa correta é a alternativa a.
sistema anglo de ensino
4. (PUC-MG) Uma certa massa de gás ideal sofre uma
transformação que está representada no gráfico
a seguir.
a) Qual o trabalho realizado pela força de pressão que essa amostra de gás ideal aplica ao
êmbolo, no processo BC?
Como no processo BC não há variação do volume do
gás, o trabalho realizado pela força de pressão é nulo.
P (N/m2)
400
0,20
0
V (m3)
0,60
A natureza da transformação e o trabalho realizado são, respectivamente:
➜ a) isobárica; 160 J
b) isobárica; 240 J
c) isocórica; 240 J
d) isocórica; 160 J
e) qualquer; 240 J
b) Qual o trabalho realizado pela força de pressão que essa amostra de gás ideal aplica ao
êmbolo ao percorrer, uma única vez, o ciclo
completo?
Ao percorrer uma única vez o ciclo completo, o trabalho realizado pela força de pressão corresponde à
área representada na figura a seguir.
A
A partir do gráfico, podemos verificar que se trata de
uma transformação isobárica e que o trabalho realizado
pode ser obtido por meio da área sob o gráfico, como mostra a figura.
A
400
A τ→
F
τ→F 400 0,40
τ→F 160 J
0,40
B
(4 2) 105
A
D
(4,0 1,5) 106
C
τ A (4,0 1,5) (4 2) 106 105
τ 0,5 J
Portanto, a alternativa correta é a alternativa a.
5. (FUVEST) O diagrama (P V) indicado na figura
a seguir se refere à pressão e ao volume de uma
amostra de um gás ideal que se encontra no interior de um pistão (cilindro e êmbolo).
P ( 105 N/m2)
4
2
0
A
B
D
C
1,5
4,0
V ( 106 m3)
ensino médio – 3ª série
89
c) Em que ponto do ciclo a temperatura dessa
amostra de gás ideal é menor?
Como a figura mostra, é no ponto D que a temperatura da amostra do gás é menor, pois é o ponto que pertence à isoterma mais próxima da origem dos eixos.
Consulte
Roteiro – Unidade 18
Caderno de Exercícios – Unidade 18
P ( 105 N/m2)
Tarefa Mínima
4
B
A
TB
2
D
TD
0
1,5
TA
C
AULA 17
1. Leia o item 10.
2. Faça os exercícios 39 e 40.
AULA 18
Faça os exercícios de 43 a 45.
TC
4,0
V ( 106 m3)
TD T A T C T B
Tarefa Complementar
AULA 17
Faça os exercícios 41 e 42.
AULA 18
Faça os exercícios de 46 a 49.
Aulas
Primeiro Princípio
da Termodinâmica
1. Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) em cada
uma das afirmações a seguir.
a) ( V ) Apesar de serem processos distintos,
trabalho e calor podem resultar no
mesmo efeito: fazer variar a energia
interna de um sistema.
b) ( V ) A variação da energia interna de um
sistema é a diferença entre o calor
trocado com o meio e o trabalho realizado pela força que o sistema exerce
na vizinhança.
90
19 e 20
c) ( V ) Embora o Primeiro Princípio da Termodinâmica possa ser aplicado a qualquer fenômeno da natureza que envolva calor, trabalho e variação de energia interna, sua principal aplicação
ocorre nos sistemas gasosos.
d) ( V ) Em uma transformação isotérmica,
não há variação da energia interna
do sistema.
e) ( V ) Na transformação adiabática não há
troca de calor entre o sistema e o meio.
f) ( V ) Numa compressão isotérmica, a energia mecânica transferida do meio para o sistema é retirada do sistema sob
a forma de calor.
g) ( V ) Numa expansão adiabática, a energia
mecânica é fornecida ao meio pelo
sistema às custas de uma diminuição
da energia interna.
sistema anglo de ensino
2. (UFRGS-RS) Enquanto se expande, um gás recebe
o calor Q 100 J e realiza o trabalho W 70 J.
Ao final do processo, podemos afirmar que a
energia interna do gás:
a) aumentou 170 J.
b) aumentou 100 J.
➜ c) aumentou 30 J.
d) diminuiu 70 J.
e) diminuiu 30 J.
Utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica:
U Q W, vem:
U 100 70 30 J
4. A energia interna de um gás encerrado em um
recipiente fechado aumenta de 1 200 J em duas
transformações diferentes:
transformação 1 – sobre o sistema é realizado
um trabalho cujo valor absoluto é 2 000 J.
transformação 2 – o ambiente cede, em valor
absoluto, 600 J de calor ao sistema.
a) Determine a quantidade de calor envolvida
na transformação 1.
Utilizando a Primeira Lei da Termodinâmica, e considerando que o trabalho realizado sobre o sistema é
negativo, vem:
Como U 0, concluímos que houve aumento da energia
interna do gás.
1 200 Q (2 000)
Alternativa correta: c
Q 800 J
3. Um corpo recebe 40 J de calor de outro corpo
e rejeita 10 J para um ambiente. Simultaneamente, o corpo realiza um trabalho de 200 J.
Estabeleça, baseado na Primeira Lei da Termodinâmica, o que acontece com a temperatura
do corpo.
Então:
b) Na transformação 1, a quantidade de calor é
cedida ou absorvida pelo sistema? Justifique
sua resposta.
Como a quantidade de calor é negativa, conclui-se
que esta quantidade de calor é cedida pelo sistema
para o ambiente.
O calor absorvido pelo corpo foi de:
Q 40 10 30 J
Como o trabalho realizado pelo corpo sobre o ambiente foi
de 200J, podemos calcular, a partir da Primeira Lei da
Termodinâmica, a variação da energia interna do corpo:
U 30 200 U 170 J
Como a variação da energia interna é negativa, conclui-se que a temperatura do corpo diminuiu.
c) Calcule o trabalho realizado quando o sistema recebe 600 J de calor do ambiente.
Como o sistema recebe calor do ambiente, a quantidade
de calor envolvida no processo é positiva: Q 600 J.
Utilizando o Primeiro Princípio da Termodinâmica, vem:
1 200 600 τ
Logo:
τ 600 J
ensino médio – 3ª série
91
d) Na transformação 2, o trabalho foi realizado
pelo sistema ou sobre o sistema? Justifique
sua resposta.
Sendo o trabalho negativo, conclui-se que ele foi realizado sobre o sistema.
Consulte
Roteiro – Unidade 18
Caderno de Exercícios – Unidade 18
Tarefa Mínima
AULA 19
1. Leia o item 11.
2. Faça os exercícios de 50 a 52.
AULA 20
Faça os exercícios de 55 a 57.
Tarefa Complementar
AULA 19
Faça os exercícios 53 e 54.
AULA 20
Faça os exercícios de 58 a 62.
Aula
Força elétrica
21
b) Sendo o valor absoluto da carga do elétron
e 1,6 1019 C, determine a quantidade de
elétrons que foram transferidos do corpo A
para o corpo B.
Como Q n e, vem:
QB n e
Logo:
3,2 106 n 1,6 1019
1. Dois corpos A e B, inicialmente neutros e isolados, são atritados um com o outro e, em seguida, separados. Verifica-se que o corpo A adquire carga de 3,2 C.
a) Qual a carga adquirida pelo corpo B?
Então:
n 2 1013 elétrons
Pelo princípio da conservação da carga elétrica, podemos escrever:
QA QB 0 QB 3,2 C
92
sistema anglo de ensino
2. Duas partículas possuem cargas elétricas de
mesma intensidade e distam 4 m uma da outra,
no vácuo. A intensidade da força de atração
elétrica entre elas é de 14,4 N.
(Considere k 9 109 Nm2/C2)
Com base no enunciado, responda:
a) os sinais das cargas são iguais ou diferentes?
Justifique sua resposta.
3. A figura mostra duas partículas A e B eletrizadas com carga Q1 e Q2, separadas por uma distância d. Ao movimentarmos uma outra partícula C com carga q, sobre a reta que une A e B,
verificamos que a resultante elétrica é zero na
posição indicada na figura.
d
3
Como as forças de origem elétrica trocadas entre as
partículas são de atração, conclui-se que as cargas
possuem sinais contrários.
Q1
2d
3
q
A
Q2
C
B
Podemos então afirmar que o valor de
b) qual é o valor absoluto da carga de cada
partícula?
Utilizando a lei de Coulomb: F k
14,4 9 109
q2
, vem:
d2
q2
q 1,6 104 C
42
➜ a)
1
4
b)
2
3
Q1
é:
Q2
c) 4
d) 1
4
e) 4
A figura mostra as forças elétricas aplicadas na partícula C, cuja soma vertorial é nula. Essa configuração só
é possível se:
1. as partículas A e B forem portadoras de cargas de
mesmo sinal.
2. a partícula C tiver carga de mesmo sinal ou sinal contrário ao das outras duas.
q
A
c) mantendo-se os valores das cargas, o que
acontece se a distância entre as partículas
for duplicada?
Como, mantendo-se os valores das cargas e o meio, a
força elétrica varia com o inverso do quadrado da distância, conclui-se que se a distância for duplicada a
intensidade da força elétrica entre as partículas fica
quatro vezes menor, passando a valer; F’ 3,6 N.
ensino médio – 3ª série
FBC
FAC
B
Como as forças elétricas que atuam na partícula C
devem estar em equilíbrio, vem:
(qQ1)
(qQ2)
Q
1
k
k
1 d2
2d 2
Q2
4
3
3
93
Consulte
Roteiro – Unidade 22
Caderno de Exercícios – Unidade 22
Tarefa Mínima
1. Leia os itens 1 e 2.
2. Faça os exercícios 1, 3, 9 e 10.
Tarefa Complementar
Faça os exercícios 5, 11, 12 e 15.
Aula
Campo elétrico
22
2. Determine a intensidade da carga elétrica de
um corpo colocado em um campo elétrico de
→
intensidade E 2 103 N/C e que sofre a ação
→
de uma força de intensidade F 18 105 N.
Como F qE
Vem:
18 105 q 2 103
Então:
1. Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) em cada
uma das afirmações a seguir.
a) ( V ) A presença de corpos eletrizados fixos produz, na região ao seu redor, a
propriedade de gerar forças sobre corpos eletrizados.
b) ( V ) Regiões perturbadas pela presença de
corpos eletrizados fixos são denominadas campos elétricos.
c) ( F ) A unidade de intensidade para o vetor campo elétrico, no Sistema Internacional, é o newton.
d) ( V ) Um campo elétrico é representado
pelo vetor campo elétrico associado
a cada ponto da região.
e) ( V ) O vetor campo elétrico, em cada ponto da região onde existe um campo
elétrico, não depende da carga de prova colocada naquele ponto.
94
q 9 108 C
3. Determine a intensidade do campo elétrico
criado por uma carga puntiforme fixa no vácuo, a 9 cm da carga, sendo a carga Q 9 C.
(considere k 9 109 N m2/C2)
Ek
Q
d2
Então:
E 9 109 (9 106)
(9 102)2
Logo:
E 1,0 107 N/C
sistema anglo de ensino
4. (UNICAMP) Considere uma esfera de massa m e
carga q pendurada no teto e sob ação da gra→
vidade e do campo elétrico E, como indicado na
figura.
Consulte
Roteiro – Unidade 22
Caderno de Exercícios – Unidade 22
θ
→
E
Tarefa Mínima
1. Leia os itens 3 e 4.
2. Faça os exercícios de 18 a 21.
mq
a) Qual é o sinal da carga q?
De acordo com a figura, a força elétrica aplicada na
esfera tem a mesma direção e sentido contrário ao
do campo elétrico. Portanto, a carga q é negativa.
Tarefa Complementar
Faça os exercícios 30 e 31.
T
F q E
Pmg
b) Qual é o valor do ângulo no equilíbrio?
A soma vetorial das forças na esfera é nula. Portanto,
de acordo com o triângulo mostrado na figura, temos:
q E
mg
tg
θ
T
qE
mg
Portanto:
arc tg
qE
mg
ensino médio – 3ª série
95