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Física 2ª série Prova

Leis da Termodinâmica e máquinas térmicas

Prova com 11 questões sobre a primeira e a segunda leis da termodinâmica, trabalho de um gás, transformações adiabática e isotérmica, ciclo de Carnot, motores, geladeiras e termelétricas.

  • 11 questões
  • cerca de 70 minutos
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Física, 2ª série: Leis da Termodinâmica e máquinas térmicas

  1. Um gás recebe 500 J de calor e, ao mesmo tempo, se expande realizando 200 J de trabalho sobre o ambiente. A variação da energia interna do gás é

    1. +700 J
    2. −300 J
    3. +300 J
    4. +200 J
    5. zero

  2. Um gás se expande à pressão constante de 2,0 · 105 Pa, e seu volume aumenta de 3,0 L. O trabalho realizado pelo gás é de

    1. 600 J
    2. 6,0 · 105 J
    3. 60 J
    4. 6,0 J
    5. 1 200 J

  3. Ao encher rapidamente o pneu de uma bicicleta com uma bomba manual, percebe-se que o corpo da bomba esquenta. Tratando a compressão do ar como adiabática, isso ocorre porque

    1. o ar recebe calor das mãos da pessoa durante a compressão
    2. o trabalho feito sobre o ar aumenta sua energia interna
    3. o ar perde energia interna ao ser comprimido
    4. a compressão rápida é isotérmica e libera calor latente
    5. o atrito do ar com o pneu produz frio na bomba

  4. Uma máquina térmica ideal opera segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente a 527 °C e uma fonte fria a 27 °C. O rendimento dessa máquina é

    1. 62,5%
    2. 94,9%
    3. 37,5%
    4. 100%
    5. 5,1%

  5. Em cada ciclo, o motor de uma máquina térmica recebe 1 000 J de calor da fonte quente e rejeita 700 J para a fonte fria. O trabalho realizado por ciclo e o rendimento são

    1. 700 J e 70%
    2. 1 700 J e 170%
    3. 300 J e 30%
    4. 300 J e 70%
    5. 1 000 J e 100%

  6. Um inventor afirma ter criado um motor que opera entre 400 K e 300 K e tem rendimento de 80%. Essa afirmação

    1. é impossível, pois o rendimento máximo entre essas temperaturas é de 25%
    2. é possível, pois o rendimento depende apenas do combustível usado
    3. é impossível, pois o rendimento máximo entre essas temperaturas é de 75%
    4. é possível, desde que o motor não tenha atrito
    5. é impossível, pois nenhum motor tem rendimento acima de 50%

  7. Em um dia quente, um morador deixou a porta da geladeira aberta, esperando refrescar a cozinha fechada. Depois de algum tempo, a temperatura da cozinha

    1. diminuiu, pois a geladeira produz frio que se espalha pela cozinha
    2. aumentou, pois a geladeira devolve à cozinha o calor retirado e o do motor
    3. não se alterou, pois o calor retirado da cozinha é igual ao calor devolvido a ela
    4. diminuiu, mas apenas enquanto o motor estava desligado
    5. aumentou, porque a geladeira absorve o calor do motor

  8. Um copo de água quente é deixado em uma sala fria. O calor flui da água para o ar até que ambos fiquem à mesma temperatura, e nunca se observa o processo inverso espontaneamente. Essa observação está diretamente ligada

    1. à primeira lei da termodinâmica, que proíbe a conservação da energia
    2. à lei de Boyle, que relaciona pressão e volume
    3. ao princípio de Pascal, que trata da transmissão de pressão nos fluidos em repouso
    4. à segunda lei da termodinâmica, que define o sentido espontâneo do calor
    5. à lei zero, que proíbe a troca de calor entre corpos

  9. As usinas termelétricas que queimam carvão, óleo ou gás natural têm grandes torres de resfriamento ou captam muita água de rios e mares. Isso é necessário porque

    1. a água é usada como combustível na geração da eletricidade
    2. o vapor precisa ser transformado em gelo para girar as turbinas
    3. toda máquina térmica precisa rejeitar calor para uma fonte fria
    4. o resfriamento aumenta o rendimento da usina acima de 100%
    5. a primeira lei exige que todo o calor seja convertido em trabalho

  10. Um gás ideal se expande lentamente a temperatura constante e realiza 400 J de trabalho. Nessa transformação isotérmica, o gás

    1. recebe 400 J de calor, e sua energia interna não varia
    2. cede 400 J de calor, e sua energia interna não varia
    3. não troca calor, e sua energia interna diminui 400 J
    4. recebe 400 J de calor, e sua energia interna aumenta 400 J
    5. recebe 800 J de calor, e sua energia interna aumenta 400 J

  11. Os motores dos carros a gasolina funcionam, de forma simplificada, pelo ciclo Otto, de quatro tempos: admissão, compressão, explosão (combustão) com expansão e exaustão.
    a) Descreva as transformações de energia que ocorrem desde a combustão da gasolina até o movimento do carro.
    b) Explique por que o rendimento real desse motor (cerca de 25% a 30%) é bem menor que 100% e também menor que o de Carnot entre as mesmas temperaturas.
    c) Cite uma alternativa tecnológica para reduzir a dependência de combustíveis fósseis no transporte e um desafio associado a ela.

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