Questões Sobre 1º Lei da Termodinâmica - Física - concurso

Considere o seguinte enunciado: “Quando dois objetos estão em equilíbrio térmico com um terceiro, também estão em equilíbrio térmico entre si”. Esse enunciado é conhecido como:

• A)Lei de Boyle-Mariotte.
• B)Lei de Kelvin para o equilíbrio térmico.
• C)Lei zero da termodinâmica.
• D)Primeira lei da termodinâmica.
• E)Segunda lei da termodinâmica.

Essa lei fundamental é conhecida como a Lei zero da termodinâmica, que estabelece que se dois sistemas estão em equilíbrio térmico com um terceiro, então eles também estão em equilíbrio térmico entre si. Isso significa que, se você tem três objetos, A, B e C, e os objetos A e B estão em equilíbrio térmico com o objeto C, então os objetos A e B também estão em equilíbrio térmico entre si.

Essa lei é importante porque permite que os científicos possam comparar as temperaturas de diferentes objetos sem precisar medir diretamente a temperatura de cada objeto. Em vez disso, eles podem usar um padrão de referência, como um termômetro, que está em equilíbrio térmico com um dos objetos, e então inferir a temperatura dos outros objetos com base na lei zero da termodinâmica.

Além disso, a lei zero da termodinâmica também é fundamental para a definição da escala de temperatura absoluta, que é usada para medir as temperaturas em uma escala que é independente do tipo de termômetro usado. Isso é importante porque permite que os científicos possam comparar resultados de experimentos feitos em diferentes laboratórios e em diferentes condições.

Em resumo, a lei zero da termodinâmica é uma lei fundamental que estabelece a relação entre objetos em equilíbrio térmico e permite que os científicos comprem e comparen as temperaturas de diferentes objetos de forma precisa e confiável.

É importante notar que as outras opções não são corretas. A lei de Boyle-Mariotte é uma lei que relaciona a pressão e o volume de um gás ideal, e não tem relação com o equilíbrio térmico. A lei de Kelvin para o equilíbrio térmico é uma lei que estabelece que a temperatura de um sistema em equilíbrio térmico é a mesma em todos os pontos do sistema, mas não é a mesma coisa que a lei zero da termodinâmica. A primeira e a segunda leis da termodinâmica são leis que tratam de outros aspectos da termodinâmica, como a conservação de energia e a entropia, respectivamente.

Portanto, a resposta certa é a opção C) Lei zero da termodinâmica.

Considere a seguinte frase: “A capacidade térmica de um corpo é a quantidade de calor necessária para variar de um grau a temperatura desse corpo. Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna dessa definição.

• A)O calor específico.
• B)A capacidade térmica.
• C)O calor latente.
• D)O efeito Joule.
• E)O coeficiente térmico.

Agora, vamos entender melhor o que é a capacidade térmica e como ela se relaciona com os outros conceitos apresentados. A capacidade térmica é uma propriedade térmica dos corpos, que mede a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em um grau Celsius.

Já o calor específico é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um corpo em um grau Celsius, por unidade de massa. Ou seja, o calor específico é a capacidade térmica por unidade de massa. Por exemplo, a água tem um calor específico muito alto, o que significa que é necessário muito calor para elevar a sua temperatura.

O calor latente, por outro lado, é a quantidade de calor necessária para mudar o estado físico de um corpo, sem alterar a sua temperatura. Por exemplo, quando a água congela, ela absorve calor latente, mesmo que a temperatura seja constante.

O efeito Joule é um fenômeno físico que ocorre quando um condutor elétrico é submetido a uma corrente elétrica. Nesse caso, o condutor elétrico se aquece devido à resistência elétrica, o que é conhecido como efeito Joule.

O coeficiente térmico, por fim, é a razão de variação da temperatura de um corpo com a variação da temperatura do meio ambiente. Ou seja, é uma medida de como um corpo responde a mudanças de temperatura.

Portanto, como visto anteriormente, a alternativa correta é a B) A capacidade térmica, pois é a quantidade de calor necessária para variar de um grau a temperatura de um corpo.

É importante lembrar que a compreensão desses conceitos é fundamental para a compreensão de muitos processos físicos e químicos que ocorrem em nossa vida cotidiana. Desde a cozinha até a indústria, a compreensão da capacidade térmica e dos outros conceitos apresentados é essencial para a compreensão de como os corpos respondem às mudanças de temperatura.

Além disso, a compreensão desses conceitos pode ajudar a entender melhor como funcionam os dispositivos que utilizamos todos os dias, como geladeiras, condicionadores de ar e sistemas de aquecimento. Tudo isso porque esses dispositivos utilizam os princípios térmicos para funcionar.

Em resumo, a capacidade térmica é um conceito fundamental em física e química, que nos permite entender como os corpos respondem às mudanças de temperatura. É um conceito que tem muitas aplicações práticas em nossa vida cotidiana e que pode nos ajudar a entender melhor como funcionam os dispositivos que utilizamos todos os dias.

Suponha que você está em uma cidade onde o período de inverno atinge valores de temperaturas extremamente baixos e você precisa construir uma casa que lhe dê proteção das baixas temperaturas do inverno. O material que você deve utilizar para atingir seu objetivo deverá ter 

• A) valor de espessura e condutividade térmica bastante elevados e quase iguais para conseguir um valor de resistência térmica também elevado.
• B) razão entre espessura e condutividade térmica bastante elevada.
• C) espessura elevada e uma condutividade térmica zero.
• D) elevado valor de espessura e de condutividade térmica.
• E) espessura quase zero e condutividade térmica necessariamente igual a zero.

Para entender melhor essa questão, vamos analisar o que é condutividade térmica e resistência térmica. A condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir o calor. Quanto maior a condutividade térmica, mais fácil é o fluxo de calor através do material. Já a resistência térmica é a capacidade do material de resistir ao fluxo de calor. Quanto maior a resistência térmica, menos fácil é o fluxo de calor através do material.

Quando você está construindo uma casa em uma cidade com invernos extremamente frios, você precisa de um material que tenha uma alta resistência térmica para evitar que o calor escape da casa. Isso significa que você precisa de um material com uma baixa condutividade térmica. Além disso, você também precisa de um material com uma espessura suficiente para que possa armazenar calor e mantê-lo dentro da casa.

Portanto, a resposta certa é B) razão entre espessura e condutividade térmica bastante elevada. Isso significa que o material deve ter uma razão entre a espessura e a condutividade térmica que seja alta, o que garantirá uma boa resistência térmica e, consequentemente, uma boa proteção contra as baixas temperaturas do inverno.

É importante notar que a opção A) não é a correta porque, embora um material com uma alta espessura e uma alta condutividade térmica possa ter uma alta resistência térmica, isso não significa que ele seja o mais eficaz para manter o calor dentro da casa. Além disso, a opção C) também não é a correta porque, embora um material com uma alta espessura possa armazenar calor, se sua condutividade térmica for zero, isso significa que ele não é capaz de conduzir o calor, o que não é desejável.

As opções D) e E) também não são as corretas porque não há uma relação direta entre a espessura e a condutividade térmica e a resistência térmica. Além disso, a opção E) é pouco provável de ocorrer na prática, pois é difícil encontrar um material com espessura quase zero e condutividade térmica igual a zero.

Em resumo, para construir uma casa em uma cidade com invernos extremamente frios, você precisa de um material com uma alta resistência térmica, que pode ser alcançada com uma razão entre a espessura e a condutividade térmica que seja alta. Isso garantirá que a casa seja capaz de manter o calor dentro e proteger seus moradores das baixas temperaturas do inverno.

Vamos calcular o tempo gasto para aquecer a água utilizando a fórmula Q = mcΔT, onde Q é a energia fornecida ao sistema, m é a massa da água, c é a capacidade específica de calor da água e ΔT é a variação de temperatura.

Primeiramente, vamos calcular a energia necessária para aquecer a água. A variação de temperatura é de 80 °C (100 °C - 20 °C), então:

Q = mcΔT

Q = 0,150 kg x 4190 J/kg.K x 80 K

Q = 50.232 J

Agora, vamos calcular o tempo gasto para fornecer essa energia ao sistema. A potência do aquecedor elétrico é de 260 W, então:

t = Q / P

t = 50.232 J / 260 W

t = 500 s

Portanto, o tempo gasto para aquecer a água é de 500 segundos.

Alternativa correta: A) 500 s.

Então, você está procurando pela resposta certa sobre sistemas termodinâmicos reversíveis, né? Pois bem, vamos analisar as opções juntas!

Antes de irmos às opções, é importante lembrar que um processo termodinâmico reversível é aquele em que o sistema e seu entorno podem retornar ao estado inicial sem que haja mudanças em seu estado. Isso significa que a energia não é perdida ou dissipada, mas sim convertida de uma forma para outra.

Agora, vamos às opções!

A) Não existem mudanças na energia interna do sistema. Isso não é verdadeiro. Embora o processo seja reversível, a energia interna do sistema pode mudar. Por exemplo, se o sistema está em expansão, a energia interna pode diminuir, e se estiver em compressão, a energia interna pode aumentar.

B) A temperatura do sistema permanece constante durante o processo. Isso tampouco é verdadeiro. A temperatura do sistema pode mudar durante o processo termodinâmico reversível. Por exemplo, se o sistema está em contato com um reservatório térmico, a temperatura do sistema pode aumentar ou diminuir.

C) A entropia do sistema e seu entorno permanece inalterável. Isso é verdadeiro! Em um processo termodinâmico reversível, a entropia total do sistema e seu entorno permanece constante. Isso porque a entropia não é criada ou destruída, mas sim transferida de um lugar para outro.

D) A entropia do sistema e seu entorno deve aumentar. Isso não é verdadeiro. Embora a entropia tenda a aumentar em processos naturais, em um processo termodinâmico reversível, a entropia total do sistema e seu entorno permanece constante.

E) O trabalho líquido realizado pelo sistema é zero. Isso não é verdadeiro. Embora o trabalho líquido seja zero em um ciclo termodinâmico reversível, isso não é uma característica geral de processos termodinâmicos reversíveis.

Portanto, a resposta certa é C) A entropia do sistema e seu entorno permanece inalterável.

Espero que isso tenha ajudado você a entender melhor como os processos termodinâmicos reversíveis funcionam!

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

• A)I e III.
• B)I e IV.
• C)II e IV.
• D)I, II e III.
• E)II, III e IV.

A resposta certa é D) I, II e III. Vamos analisar cada item:

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

Item II: Verdadeiro. Em se tratando de uma substância pura, são necessárias duas variáveis independentes para a determinação de todas as outras variáveis de estado. Isso porque, com duas variáveis, podemos determinar todas as outras propriedades termodinâmicas do sistema.

Item III: Verdadeiro. Em um gás monoatômico ideal, a energia interna é função apenas da temperatura do gás, ou seja, não depende de outras variáveis. Isso ocorre porque a energia interna de um gás ideal é igual à soma das energias cinéticas das moléculas do gás, que dependem apenas da temperatura.

Item IV: Falso. Em uma expansão isotémica, a variação de entropia não é nula. Isso ocorre porque, embora a temperatura seja constante, a entropia aumenta devido ao aumento do volume do sistema.

Portanto, apenas os itens I, II e III são verdadeiros, o que faz com que a resposta certa seja D) I, II e III.

Para resolver essa questão, é importante lembrar que, durante uma compressão isoterma, a temperatura do sistema permanece constante. Além disso, como o gás é diatômico ideal, sua capacidade calorífica é constante e igual a 5/2 R. No entanto, como a temperatura é constante, não há variação de energia interna do sistema.

Isso ocorre porque a energia interna de um sistema é uma função de estado e depende apenas da temperatura. Como a temperatura não muda durante a compressão isoterma, a energia interna também permanece constante. Portanto, a variação de energia interna sofrida pelo gás entre os estados inicial e final é igual a 0, que é a opção A).

É importante notar que as outras opções estão erradas porque consideram a variação de energia interna como uma função da pressão e do volume, o que não é verdadeiro para uma compressão isoterma. Além disso, a opção E) apresenta uma expressão que não tem unidades de energia, o que já seria suficiente para eliminá-la como opção correta.

Em resumo, a resposta certa é a opção A), pois a variação de energia interna do gás diatômico ideal durante uma compressão isoterma é igual a 0.

Uma pessoa usando uma calça jeans está sentada em uma cadeira tomando o seu café da manhã. Se, por um acidente, ela derrubar uma certa quantidade de café recém-preparado de sua xícara em sua perna, é correto concluir que

• A)essa pessoa sofreria sérias queimaduras, pois a temperatura do líquido era em torno de 100ºC.
• B)essa pessoa não sofreria queimaduras sérias, pois o calor específico da água é muito pequeno.
• C)essa pessoa não sofreria queimaduras sérias, pois a capacidade térmica de sua calça é relativamente grande.
• D)a transferência de calor do líquido (café) para a sua perna se dá por meio da irradiação.

Assim, podemos analisar as opções apresentadas. A opção A parece plausível à primeira vista, pois é sabido que líquidos quentes podem causar queimaduras. No entanto, é importante considerar que a calça jeans atua como uma barreira entre o líquido quente e a pele da pessoa.

A opção B também não é correta, pois o calor específico da água é de aproximadamente 4,184 joules por grau Celsius por grama, o que é relativamente alto. Isso significa que a água tem uma grande capacidade de armazenar calor, e portanto, pode transferir uma quantidade significativa de energia térmica para a pele.

Já a opção D é completamente errada, pois a transferência de calor do líquido para a pele se dá principalmente por meio da condução e convecção, e não pela irradiação. A irradiação é um modo de transferência de calor que ocorre quando há uma diferença de temperatura entre dois corpos, e a energia é transferida por meio de ondas eletromagnéticas.

Portanto, a opção C é a correta. A capacidade térmica de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de um grama da substância em um grau Celsius. A calça jeans, feita de uma mistura de fibras naturais e sintéticas, tem uma capacidade térmica relativamente grande, o que significa que pode absorver uma quantidade significativa de energia térmica antes de transferi-la para a pele. Isso ajuda a proteger a pele da pessoa de queimaduras.

Além disso, é importante notar que a calça jeans também ajuda a dissipar o calor de maneira mais lenta, pois a fibra de jeans tem uma condutividade térmica relativamente baixa. Isso significa que o calor é transferido mais lentamente para a pele, o que ajuda a reduzir o risco de queimaduras.

Em resumo, a opção C é a correta, pois a capacidade térmica da calça jeans é relativamente grande, o que ajuda a proteger a pele da pessoa de queimaduras. Além disso, a calça jeans também ajuda a dissipar o calor de maneira mais lenta, o que reduz ainda mais o risco de queimaduras.

Além disso, é importante destacar que a transferência de calor é um processo fundamental em diversas áreas, como a engenharia, a física e a química. Em muitas aplicações práticas, a compreensão dos mecanismos de transferência de calor é crucial para o projeto e otimização de sistemas que envolvem a troca de energia térmica.

Por exemplo, na engenharia, a transferência de calor é utilizada em sistemas de refrigeração, como os refrigeradores e os condicionadores de ar, onde o calor é transferido de um local para outro para manter uma temperatura desejada. Além disso, a transferência de calor também é utilizada em sistemas de aquecimento, como os aquecedores de água e os sistemas de calefação.

No campo da física, a transferência de calor é estudada em detalhes, pois é um processo que ocorre naturalmente em muitos fenômenos físicos, como a propagação de ondas de calor em sólidos e líquidos. Já na química, a transferência de calor é importante para entender os processos químicos que envolvem a troca de energia térmica, como as reações químicas exotérmicas e endotérmicas.

Em resumo, a transferência de calor é um processo fundamental que ocorre em muitas áreas da ciência e da engenharia, e é essencial entender seus mecanismos para projetar e otimizar sistemas que envolvem a troca de energia térmica.

Agora, vamos analisar as alternativas apresentadas:

• A) A convecção é o processo de transferência de calor que proporciona o efeito das brisas marítimas e terrestres -> VERDADEIRO, pois a convecção é um dos mecanismos de transferência de calor e é responsável pelo efeito das brisas marítimas e terrestres.
• B) A condução térmica ocorre somente em meios líquidos -> FALSO, pois a condução térmica pode ocorrer em meios sólidos, líquidos e gasosos.
• C) O processo de irradiação térmica ocorre somente no vácuo -> FALSO, pois a irradiação térmica pode ocorrer em qualquer meio, inclusive no vácuo.
• D) Calor é a transferência de energia térmica em movimento e é apenas transmitido por meios materiais -> FALSO, pois o calor é a transferência de energia térmica, mas não é o movimento em si, e pode ser transmitido por meios materiais e não materiais, como a radiação.
• E) A convecção é o único mecanismo de transferência de calor que ocorre no vácuo -> FALSO, pois a irradiação térmica também pode ocorrer no vácuo.

Portanto, a alternativa correta é A) A convecção é o processo de transferência de calor que proporciona o efeito das brisas marítimas e terrestres.