Questões de Concurso Comentadas por alunos sobre física térmica - termologia em física

Um pequeno aquecedor elétrico de imersão de 200 watts de potência foi usado para aquecer 240g de água durante 4 minutos. A variação da temperatura dessa quantidade de água, neste intervalo de tempo foi de: (Dados: Calor específico da água igual a 1 cal/g°C, 1 cal = 4 J).

Para determinar o equivalente mecânico do calor (J), um grupo de alunos usou um tubo isolante, com comprimento interno de 1,00 m, um termômetro e várias bolinhas de ferro, de tamanho desprezível e calor específico 0,10 cal/(g.°C). O tubo é dotado de uma tampa com furo por onde pode ser inserido o termômetro, que fica com seu bulbo inserido dentro do tubo. As bolinhas são depositadas no fundo do tubo (figura 1). É medida a temperatura inicial do sistema: θ_i = 20,00°C; adota-se o valor da aceleração da gravidade: g = 10 m/s² . Fechado o tubo, o conjunto é virado de 180° (figura 2) por 50 vezes.

                              

Ao final do procedimento, a temperatura das bolinhas é medida: θ_f = 21,25 °C.

O equivalente mecânico do calor, assim determinado, vale, em J/cal,

Uma transformação que demonstra o trabalho realizado por um gás é dada pelo gráfico abaixo.

O ramo da física que pertence essa demonstração é intitulado

Energia interna de um sistema (U) é a soma das energias cinética e potencial das partículas que constituem um gás. Esta energia é uma característica do estado termodinâmico e deve ser considerada como mais uma variável que pode ser expressa em termos de pressão, volume, temperatura e número de mols.

Equação da energia interna

Onde:

U: energia interna do gás

n: número de mol do gás

R: constante universal dos gases perfeitos

T: temperatura absoluta (kelvin)

A energia interna em kJ de 2 mols de um gás perfeito na temperatura de 27°C é, em kJ,

Dado:

R = 8,31 J/mol . K

Uma máquina térmica opera entre duas fontes térmicas: a cada ciclo, ela toma 1200 J de uma fonte quente T_Q = 800 K e rejeita 1100 J em uma fonte fria T_F = 600 K.
O rendimento aproximado, em %, dessa máquina, é