Questões de Concurso Sobre física térmica - termologia em física

Qual das seguintes afirmações é verdadeira sobre qualquer sistema que sofra um processo termodinâmico reversível?

A tabela abaixo informa os calores específicos de algumas substâncias.

Substância Calor específico (cal/g.°C)

Areia 0,12

Vidro 0,20

Aluminio 0,22

Água 1,0

Gelo 0,50

Vapor 0,48

Mercúrio 0,03

Prata 0,05

Ferro 0,11

A partir dos dados da tabela, assinale V para a afirmativa verdadeira e F para a falsa.

( ) A água, por ter um calor específico muito elevado, é um excelente elemento termo-regulador. A ausência de água nos desertos, por exemplo, permite que ocorram enormes diferenças entre a máxima e a mínima temperaturas em um mesmo dia.

( ) Para resfriar uma peça aquecida, é comum mergulhá-la em água. Seria mais eficiente mergulhá-la em mercúrio. Só não se faz isso porque, além de o mercúrio ser muito caro, seus vapores são extremamente tóxicos.

( ) Se duas amostras de massas iguais, uma de água e outra de areia forem expostas ao Sol, de modo que recebam a mesma quantidade de calor durante o mesmo tempo e a temperatura da amostra de água aumentar 3°C, a temperatura de areia aumentará 25°C.

As afirmativas são, respectivamente,

Quando a temperatura ambiente torna-se suficientemente baixa, as águas dos lagos, dos rios e dos oceanos congelam a partir da superfície. Assim, abaixo dessa camada superficial de gelo, a água permanece na fase líquida. Isso permitiu, em uma era glacial primitiva, a sobrevivência, no seio dessa água líquida, de seres unicelulares que, evolutivamente, originaram todas as espécies vivas.

São listadas, a seguir, três propriedades da água:

( ) tem uma dilatação anômala entre 0 °C e 4°C;

( ) tem um calor específico muito elevado;

( ) é má condutora de calor.

Assinale R para a propriedade que é relevante para explicar esse comportamento da substância água descrito acima e N para a propriedade que não é relevante.

A figura precedente mostra um ciclo reversível de 1,0 mol de um gás monoatômico ideal. Supondo que P₀ = 100 kPa e V₀ = 0,02 m³, o valor da eficiência desse ciclo será

Julgue os itens a seguir,relacionados à termodinâmica.

I A lei zero da termodinâmica estabelece que, se dois corpos A e B estão, separadamente, em térmico com um terceiro corpo C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si.

II Em se tratando de uma substância pura, são necessárias duas variáveis independentes para a determinação de todas as outras variáveis de estado.

III Em um gás monoatômico ideal, a energia interna é função apenas da temperatura do gás, ou seja, não depende de outras variáveis.

IV Em uma expansão isotémica, a variação de entropia é nula.

Estão certos apenas os itens

Um gás diatômico ideal com n mols é comprimido isotericamente, de modo que seus valores de pressão inicial P, e volume inicial e V_i passam para um estado com pressão final Pƒ e volume final Vƒ. Considerando a temperatura da compressão, T, e a constante universal dos gases, R, assinale a opção que representa corretamente a variação de energia interna sofrida pelo gás entre os estados inicial e final.

O máximo trabalho, e portanto a máxima eficiência, que se consegue extrair de uma máquina térmica é obtido pelo ciclo de Carnot que teria eficiência 100% apenas se o reservatório térmico frio estivesse a 0K (a impossibilidade disso é conhecida como segunda Lei da Termodinâmica). O emprego prático do ciclo de Carnot é inviabilizado de aplicações em virtude das trocas de calor entre a fonte quente e a fonte fria se darem em processos isotérmicos que acabam limitados pelo excessivo tempo que demandariam. A máxima eficiência acessível de uma máquina térmica operando entre os reservatórios de temperatura a 27ºC e 127ºC é

Em meados do século XVIII o conceito de calor especifico e de calor latente não estavam ainda formulados, tarefa que foi resolvida entre 1761 e 1772 com trabalhos dos físicos Joseph Black e Johan Carl Wilcke. Por volta de 1749 predominava a expectativa de que a temperatura de equilíbrio térmico sempre estaria na proporção das massas ou dos volumes das substâncias, sem menção à essa característica intrínseca dos materiais.
“Conforme demonstrou o químico escocês Joseph Black (1728 - 1799) em uma de suas célebres experiências (…) em 1757, ao misturar água a 78ºC com a mesma quantidade de gelo a 0ºC, observou que o gelo se fundiu todo mantendo-se, no entanto, em 0ºC.”
“A crônica do Calor: Calorimetria”, J.M.F. Bassalo, Revista Brasileira do Ensino de Física, Vol. 14 (1), 1992, p. 29.
Em experimentos de calorimetria são comuns desvios sensíveis entre valores observados e calculados com modelos ideais. Considerando o experimento de Black narrado por Bassalo segundo o modelo ideal em que há apenas trocas de calor entre a água, calor específico de 1 cal/gºC, e o gelo, calor latente de fusão de 80 cal/g, assinale a alternativa que representaria a expectativa teórica ideal.

James P. Joule em junho de 1849 publicou o trabalho sob o título On the mechanical equivalent of Heat (Sobre o equivalente mecânico do calor), encaminhando de maneira determinante o estabelecimento da Lei da Conservação da Energia em meados do século XIX. Em sua última conclusão após a série de experimentos Joule escreve:
[Conforme demonstrado pelos experimentos contidos neste trabalho:] A quantidade de calor capaz de aumentar a temperatura de uma libra de água [0,45kg] de 1ºF necessita para sua realização uma quantidade de energia mecânica correspondente àquela disponível na queda de uma massa de 772 libras [350kg] a uma distância de um pé [30,5cm].
Adaptado de James Prescott Joule Philosophical Transactions of the Royal Society of London Vol. 140 (1850), pp. 61-82.
Por definição a unidade caloria que foi inventada para medir calor tinha como referência o calor específico da água, c =1 cal/gºC. Ao passo que joule é a unidade derivada para energia na mecânica. A equivalência entre duas quantidades físicas só pode se dar se elas puderem ser convertidas uma na outra. Dados: pontos do gelo e do vapor na escala Farenheit, respectivamente: 32ºF e 212ºF, considere g=10m/s² . A conclusão de Joule leva aproximadamente a:

Analise as afirmativas a seguir.

I. Os ácidos são um dos quatro grupos de substâncias, cada qual com propriedades próprias, bem definidas e denominadas propriedades funcionais.

II. Propriedades físicas como, por exemplo, a temperatura de fusão são, também, uma propriedade funcional, e são apresentadas por grupos de substâncias.

III. Propriedades químicas como, por exemplo, a combustão do carvão são, também, uma propriedade específica que são apresentadas por cada substância pura individualmente.

IV. A massa, a impenetrabilidade e o brilho são propriedades apresentadas por todas as substâncias e conhecidas por propriedades gerais da matéria.

Estão INCORRETAS apenas as afirmativas

Uma máquina térmica de três tempos, que opera com 2,0 mols de um gás ideal diatômico, funciona da seguinte forma: uma compressão isotérmica do estado a para o estado b; um processo isobárico do estado b para o estado c; e um processo isovolumétrico do estado c para o estado a. A pressão no estado b é quatro vezes maior que do estado a, e a temperatura máxima é igual a 127 ºC. Qual a eficiência máxima que uma máquina poderia ter operando nessas condições?

Em um processo reversível, 2,5 mols de gás ideal são comprimidos isotermicamente a 30 ºC. Durante a compressão, um trabalho de 1200 J é realizado sobre o gás. Nessa situação, a variação de entropia do gás vale, aproximadamente:

Os estados da matéria representam a forma em que um elemento se encontra a uma determinada temperatura e pressão. São cinco os estados físicos da matéria aceitos pelos cientistas atuais: o sólido, o líquido, o gasoso, o plasma e o condensado de Bose-Einstein. Sobre o estado sólido, analise as afirmativas abaixo e assinale a alternativa correta.

I. Os sólidos conservam sua forma, porém não conservam seu volume ao longo do tempo – vide o caso do gelo.

II. A diferença entre os estados físicos está na forma de organização das moléculas, quanto maior a agitação molecular, mais organizada é a estrutura cristalina.

III. Sólidos mantém suas partículas constituintes dispostas em um arranjo interno regularmente ordenado.

IV. O arranjo interno das moléculas ou átomos é chamado retículo cristalino ou estrutura cristalina.

V. A passagem do estado sólido para o estado líquido chama-se fusão e a passagem do estado sólido para o gasoso chama-se sublimação.

Assinale a alternativa que contém as afirmações verdadeiras:

No gráfico acima, os pontos de vaporização e de condensação estão representados, respectivamente, pelos numerais

Um aluno, interessado em aviação, traz para o professor a informação que leu em uma revista: para os pilotos, a cada 1.000 pés a mais na altitude, a temperatura cai 3,5ºF.

O professor então propõe uma questão a seus alunos, aproveitando esses dados: se a temperatura registrada por um turista em Salvador, que está no nível do mar, era de 91° F, a 10.000 pés de altura, a temperatura em Celsius será

Durante um processo termodinâmico de expansão em um gás, observa-se que TV² = constante, onde T é a temperatura, e V é o volume do gás. O trabalho realizado na expansão entre V₀  e 2V₀ é W₁ , e o trabalho realizado na expansão entre 2V₀ e 3V₀ é W₂ . Se é válida a relação dos gases ideais, pV 1= nRT, qual a razão W₂ /W₁ ?  

Uma máquina térmica opera em ciclos retirando calor Q₁ = 300 J de uma fonte térmica quente, T₁ = 600 K, e rejeitando Q₂ = 200 J em uma fonte fria T₂ = 300 K, a cada ciclo, em que a diferença entre esses valores corresponde ao trabalho produzido por ciclo. Dado que as únicas trocas de calor da substância de trabalho da máquina com as fontes externas são essas duas descritas acima, qual é o rendimento térmico da máquina?

Um cilindro metálico, de comprimento L e de seção reta circular de raio R, está submetido em suas extremidades circulares a temperaturas T e T + ΔT. A superfície lateral do cilindro está isolada termicamente. O cilindro, então, conduz calor de modo que o fluxo entra pela superfície a temperatura T + ΔT e sai pela superfície a temperatura T, a uma distância L da primeira. A condutividade térmica do material que constitui o cilindro é k. Um outro cilindro é construído com um material diferente, de modo que sua condutividade térmica é k’, seu raio é R’= 2R, e seu comprimento é L’ = 2L, mas esse outro cilindro conduz exatamente a mesma quantidade de calor por unidade de tempo que o primeiro cilindro, quando submetido à mesma diferença de temperatura ΔT. Nessas condições, o valor da razão k’/k é