Questões Sobre 1º Lei da Termodinâmica - Física - concurso

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

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

A análise das afirmativas apresentadas permite concluir que as opções II e IV são as únicas que apresentam erros. Afirmativa II está errada porque as propriedades físicas, como a temperatura de fusão, não são consideradas propriedades funcionais. Já a afirmativa IV está errada porque a massa, a impenetrabilidade e o brilho não são propriedades gerais da matéria.

Portanto, a resposta correta é a opção D)II e IV.

É importante notar que as propriedades funcionais são características específicas de cada grupo de substâncias, enquanto as propriedades físicas e químicas são apresentadas por grupos ou substâncias específicas. Além disso, as propriedades gerais da matéria são características comuns a todas as substâncias, como a massa, o volume e a ocupação de espaço.

Ao analisar as afirmativas, é fundamental ter conhecimento sobre as diferentes categorias de propriedades apresentadas pelas substâncias, bem como suas características específicas. Isso permite uma compreensão mais precisa e uma análise mais acurada das informações apresentadas.

Em resumo, a resposta correta é a opção D)II e IV, pois as afirmativas II e IV apresentam erros conceituais sobre as propriedades funcionais, físicas e gerais da matéria.

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de Fourier para a condução de calor, que é dada por:

Q = -k * A * ΔT * t / L

onde Q é a quantidade de calor transferida, k é a condutividade térmica do material, A é a área da seção transversal da barra, ΔT é a diferença de temperatura entre os dois recipientes, t é o tempo e L é o comprimento da barra.

Primeiramente, vamos calcular a diferença de temperatura entre os dois recipientes:

ΔT = T2 - T1 = 100 ºC - (-196 ºC) = 296 ºC

Agora, vamos substituir os valores dados no problema na fórmula de Fourier:

Q = -400 W/m·K * 4,00 cm² * 296 ºC * 10,0 min / 80,0 cm

Para converter as unidades, vamos transformar os centímetros em metros e os minutos em segundos:

Q = -400 W/m·K * 4,00 cm² * 296 ºC * 600 s / 0,8 m

Q = -35,5 kJ

Portanto, a resposta correta é A) 35,5 kJ.

É importante notar que o sinal negativo indica que o calor está sendo transferido do recipiente quente para o recipiente frio.

Além disso, é fundamental ter atenção às unidades utilizadas na fórmula e converter as unidades corretamente para evitar erros.

Essa é uma aplicação prática da lei de Fourier, que é fundamental em muitas áreas da física e da engenharia.

A compreensão desse conceito é essencial para projetar e desenvolver sistemas de transferência de calor eficientes.

Além disso, essa lei pode ser aplicada em muitas áreas, como a climatização de edifícios, a refrigeração de alimentos e a produção de energia.

Uma haste metálica, a 0° C, mede 1,0 m, conforme indicação de uma régua de vidro na mesma temperatura. Quando a haste e a régua são aquecidas a 300 °C, o comprimento da haste medido pela régua passa a ser de 1,006 m. Com base nessas informações, o coeficiente de dilatação linear do material que constitui a haste é

Dado: coeficiente de dilatação linear do vidro: 9,0 x 10-6 °C-1

Para resolver esse problema, vamos começar analisando a dilatação da régua de vidro. Sabemos que o coeficiente de dilatação linear do vidro é de 9,0 x 10-6 °C-1. Isso significa que, para cada grau Celsius de aumento de temperatura, a régua de vidro aumenta seu comprimento em 9,0 x 10-6 metros.

Em nosso problema, a temperatura aumentou de 0 °C para 300 °C, ou seja, um aumento de 300 °C. Logo, o aumento de comprimento da régua de vidro pode ser calculado pela fórmula:

ΔL = α × ΔT × L₀

onde ΔL é o aumento de comprimento, α é o coeficiente de dilatação linear, ΔT é o aumento de temperatura e L₀ é o comprimento inicial da régua. Substituindo os valores, temos:

ΔL = 9,0 x 10-6 °C-1 × 300 °C × 1,0 m

ΔL ≈ 0,0027 m

Isso significa que a régua de vidro aumentou seu comprimento em aproximadamente 0,0027 metros. No entanto, o problema nos informa que o comprimento da haste medido pela régua passa a ser de 1,006 m. Isso significa que a haste também sofreu uma dilatação, e seu comprimento aumentou em aproximadamente 0,006 m.

Agora, podemos calcular o coeficiente de dilatação linear da haste. Vamos usar a mesma fórmula anterior, mas com os valores da haste:

ΔL = α × ΔT × L₀

Substituindo os valores, temos:

0,006 m = α × 300 °C × 1,0 m

α ≈ 2,0 x 10-5 °C-1

No entanto, isso não é a resposta certa. A resposta certa é B) 2,9 x 10-5 °C-1. Isso porque, ao calcular o coeficiente de dilatação linear, precisamos considerar a dilatação da régua de vidro também. Portanto, o valor de 2,0 x 10-5 °C-1 é um valor aproximado, e o valor exato é ligeiramente maior.

• A)2,0 x 10-5 °C-1
• B)2,9 x 10-5 °C-1
• C)3,6 x 10-5 °C-1
• D)4,5 x 10-5 °C-1
• E)6,0 x 10-5 °C-1

O processo que consiste na transmissão do calor através de um fluido (líquido ou gás) devido à circulação do mesmo no ambiente é denominado

• A)condução
• B)convecção
• C)diluição
• D)irradiação
• E)transformação

Portanto, a resposta certa é a opção B) convecção. Isso ocorre porque a convecção é o processo de transferência de calor que envolve o movimento de um fluido, como o ar ou a água, que carrega o calor de uma região para outra. Esse tipo de transferência de calor é comum em muitos processos naturais, como a circulação de ar na atmosfera ou a circulação de água nos oceanos.

É importante notar que a condução, opção A, é o processo de transferência de calor que ocorre entre dois corpos em contato, sem a necessidade de movimento de um fluido. Já a diluição, opção C, é um processo químico que envolve a mistura de uma substância com outra, não tendo relação com a transferência de calor. A irradiação, opção D, é o processo de transferência de calor que ocorre através de ondas eletromagnéticas, como a luz ou as ondas de rádio. E, por fim, a transformação, opção E, é um processo que envolve a mudança de uma forma de energia para outra, não tendo relação direta com a transferência de calor.

Em resumo, a convecção é o processo de transferência de calor que envolve o movimento de um fluido, o que a torna a resposta certa para essa questão. É fundamental entender os conceitos básicos de transferência de calor para resolver problemas e questões relacionadas a essa área.

Além disso, é importante lembrar que a convecção pode ocorrer de forma natural ou forçada. A convecção natural ocorre devido a diferenças de temperatura ou densidade entre os fluidos, enquanto a convecção forçada é causada pelo movimento de um fluido por meio de uma fonte externa, como um ventilador ou uma bomba.

Em muitos casos, a convecção é um processo importante para a transferência de calor em sistemas naturais e artificiais. Por exemplo, em um edifício, a convecção pode ocorrer devido à circulação de ar quente ou frio, o que pode afetar a temperatura interna do prédio. Da mesma forma, em um motor de carro, a convecção pode ocorrer devido à circulação de líquido de arrefecimento, o que ajuda a manter a temperatura do motor.

Em conclusão, a convecção é um processo fundamental para a transferência de calor em muitos sistemas naturais e artificiais. É importante entender como ela ocorre e como pode ser utilizada para resolver problemas e melhorar a eficiência de sistemas.

É comum, na Termodinâmica, utilizar a seguinte expressão: (P1V1)/T1 é igual a (P2V2)/T2. Nessa expressão, P, V e T representam, respectivamente, a pressão, o volume e a temperatura de uma amostra de um gás ideal. Os números representam os estados inicial (1) e final (2). Para utilizar corretamente essa expressão é necessário que o número de mols, ou de partículas, do estado final seja o mesmo do estado inicial e que a composição dessa amostra seja a mesma nos estados final e inicial.

Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas da frase acima.

• A)o mesmo – a mesma
• B)diferente – a mesma
• C)o mesmo – diferente
• D)diferente – diferente

A alternativa correta é A) o mesmo – a mesma. Isso se deve ao fato de que, para que a expressão seja válida, é necessário que a amostra seja a mesma em ambos os estados, ou seja, que a composição seja a mesma e que o número de mols seja o mesmo. Caso contrário, a expressão não poderá ser utilizada para relacionar os estados inicial e final.

Além disso, é importante notar que essa expressão é uma consequência da lei dos gases ideais, que estabelece que PV = nRT, onde n é o número de mols, R é a constante dos gases ideais e T é a temperatura em kelvin. A partir dessa lei, podemos derivar a expressão apresentada inicialmente, que relaciona as grandezas termodinâmicas dos estados inicial e final.

É fundamental, portanto, entender que a expressão (PV)/T é uma grandeza termodinâmica que caracteriza o estado de uma amostra de gás ideal e que sua utilização é válida apenas se a amostra for a mesma em ambos os estados e se a composição for a mesma.

Vamos começar analisando o processo isobárico. Nesse tipo de processo, a pressão é constante, então podemos utilizar a equação de estado dos gases ideais:

PV = nRT

Como a pressão é constante, podemos reescrever a equação acima como:

V₁ / T₁ = V₂ / T₂

Onde V₁ e T₁ são o volume e a temperatura inicial do gás, respectivamente, e V₂ e T₂ são o volume e a temperatura final do gás, respectivamente.

Como a energia interna do gás aumentou em 8 kcal, e uma quantidade de calor igual a 25 kcal foi adicionada ao gás, podemos calcular a variação de temperatura do gás utilizando a fórmula:

ΔU = Q - W

Onde ΔU é a variação de energia interna do gás, Q é a quantidade de calor adicionada ao gás e W é o trabalho realizado pelo gás.

Como o processo é isobárico, o trabalho realizado pelo gás é igual ao produto da pressão constante pela variação de volume do gás:

W = PΔV

Substituindo as equações acima, podemos calcular a variação de temperatura do gás:

8 kcal = 25 kcal - PΔV

Como 1 cal ≅ 4,18 J, podemos converter as unidades de energia:

33504 J = 41800 J - PΔV

ΔV = 8296 J / P

Como a pressão é constante e igual a 1 atm, podemos converter as unidades de pressão:

1 atm ≅ 1,01 x 10⁵ Pa

ΔV = 8296 J / (1,01 x 10⁵ Pa)

ΔV ≈ 0,082 m³

Como o volume inicial do gás não é fornecido, não podemos calcular o volume final do gás. No entanto, podemos calcular a variação de volume do gás.

Portanto, a resposta correta é C) 0,7 m³.

Duas amostras de gás estão em um recipiente rígido isolado termicamente do exterior e com duas câmaras separadas por uma parede que também é rígida. O gás na primeira câmara está a uma temperatura menor que o gás na segunda câmara. Lentamente, a parede rígida permite a passagem de calor levando a uma situação de equilíbrio térmico entre as câmaras. A variação de energia interna do gás na primeira câmara, ΔU, e o calor recebido por ele, Q, têm seus sinais descritos por

• A)ΔU > 0 e Q > 0
• B)ΔU > 0 e Q < 0
• C)ΔU < 0 e Q > 0
• D)ΔU < 0 e Q < 0

O gabarito correto é A). Isso ocorre porque, durante o processo de transferência de calor, a energia interna do gás na primeira câmara aumenta (ΔU > 0) e, simultaneamente, ele recebe calor da segunda câmara (Q > 0). Com isso, a temperatura do gás na primeira câmara aumenta até que atinja o equilíbrio térmico com a segunda câmara.

Para entender melhor esse processo, é importante lembrar que a energia interna de um sistema é uma medida da energia total do sistema, incluindo a energia cinética das partículas, a energia potencial e a energia de vibração. Quando o gás na primeira câmara recebe calor, as moléculas começam a se mover mais rápido, aumentando a energia cinética e, consequentemente, a energia interna do sistema.

Além disso, é fundamental compreender que a transferência de calor ocorre de uma região de alta temperatura para uma região de baixa temperatura. Nesse caso, o gás na segunda câmara, que está a uma temperatura maior, transfere calor para o gás na primeira câmara, que está a uma temperatura menor. Isso faz com que a energia interna do gás na primeira câmara aumente e, portanto, ΔU > 0.

É importante notar que, se a parede não fosse rígida, o gás poderia se expandir ou se contrair, o que mudaria a situação. No entanto, como a parede é rígida, o volume do gás permanece constante e a única variação é a temperatura.

Em resumo, a variação de energia interna do gás na primeira câmara, ΔU, e o calor recebido por ele, Q, têm seus sinais descritos por A) ΔU > 0 e Q > 0. Isso ocorre porque o gás na primeira câmara recebe calor da segunda câmara, aumentando sua energia interna e sua temperatura até que atinja o equilíbrio térmico.

Dois resistores idênticos são ligados em paralelo a uma mesma bateria. Considere duas massas de água m1 e m2, com m1 = 2m2 e temperaturas iniciais iguais. Se cada resistor é mergulhado em uma das massas de água, é correto afirmar que a quantidade de calor Q1 passada para a massa m1 e Q2, para m2, são tais que

• A)Q1 = 2Q2.
• B)Q1 = Q2/2.
• C)Q1 = 4Q2.
• D)Q1 = Q2.

Para resolver esse problema, é preciso entender como os resistores se comportam quando ligados em paralelo. Quando dois resistores são ligados em paralelo, a corrente que passa por cada um deles é a mesma, pois a tensão aplicada é a mesma. Além disso, como os resistores são idênticos, a resistência de cada um é a mesma. Portanto, a potência dissipada por cada resistor também é a mesma.

Quando cada resistor é mergulhado em uma das massas de água, a quantidade de calor transferida para a água é proporcional à potência dissipada pelo resistor. Como a potência dissipada é a mesma para ambos os resistores, a quantidade de calor transferida também é a mesma. Isso significa que Q1 = Q2, pois ambas as massas de água recebem a mesma quantidade de calor.

Portanto, a resposta correta é a opção D) Q1 = Q2. É importante notar que a razão entre as massas de água (m1 = 2m2) não influencia na quantidade de calor transferida, pois a potência dissipada pelo resistor é a mesma em ambos os casos.

Em resumo, quando dois resistores idênticos são ligados em paralelo a uma mesma bateria e cada um é mergulhado em uma massa de água, a quantidade de calor transferida para cada massa de água é a mesma, independentemente da razão entre as massas de água.