Questões Sobre 1º Lei da Termodinâmica - Física - concurso

Calculando o calor absorvido pela raiz do pelo durante o aquecimento, utilizamos a fórmula Q = m × c × ΔT, onde Q é o calor absorvido, m é a massa da raiz do pelo, c é o calor específico da raiz e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores dados, temos:

Q = m × c × ΔT = 2,0 × 10-10 kg × 3000 J/(kg oC) × (46 oC - 36 oC) = 6,0 × 10-6 J.

Portanto, a resposta correta é A) 6,0 x 10-6 J.

É importante notar que a depilação a laser é um procedimento que requer habilidades e conhecimentos específicos, e deve ser realizado por profissionais treinados e qualificados. Além disso, é fundamental seguir as orientações e cuidados pós-procedimento para garantir a segurança e o sucesso do tratamento.

Além disso, é importante lembrar que a depilação a laser não é um procedimento definitivo, e pode ser necessário realizar sessões de manutenção para manter os resultados. No entanto, com a escolha certa do profissional e do equipamento, é possível alcançar resultados excelentes e duradouros.

Em resumo, a depilação a laser é um procedimento eficaz e seguro para a eliminação de pelos, desde que seja realizado por profissionais treinados e qualificados, e siga as orientações e cuidados pós-procedimento.

Considere que uma massa de água MA, inicialmente numa temperatura de 90°C, seja despejada em um recipiente isolante térmico contendo uma outra massa de água Mb, a 10°C. Isolado termicamente do meio ambiente, o sistema composto pelos dois líquidos atinge, depois de um certo tempo, a temperatura de equilíbrio de 60°C. |ΔUA| e |ΔUB| representam, respectivamente, os valores absolutos das variações de energia interna de cada uma das massas d'água nesse processo.

As relações entre |ΔUA| e |ΔUB| e entre as massas MA e MB são:

• A)|ΔUA|=|ΔUB|e MA > MB
• B)|ΔUA|< |ΔUB|e MA > MB
• C)|ΔUA|< |ΔUB| e MA < MB
• D)|ΔUA| = |ΔUB| e MA < MB

A resposta certa é A), pois, como o sistema é isolado termicamente do meio ambiente, não há troca de calor com o exterior. Portanto, a variação total de energia interna do sistema é nula. Como a temperatura final é a mesma para ambas as massas, a variação de energia interna de cada uma delas é igual e oposta em sentido. Isso ocorre porque a massa MA perde calor e a massa MB ganha calor até que atinjam a temperatura de equilíbrio.

Além disso, como a massa MA tem uma temperatura inicial mais alta do que a massa MB, é necessário que a massa MA seja maior do que a massa MB para que a temperatura final seja atingida. Caso contrário, a massa MA não teria energia suficiente para aquecer a massa MB até a temperatura de equilíbrio.

Em resumo, a resposta certa é A) porque as variações de energia interna das massas MA e MB são iguais e opostas em sentido, e a massa MA é maior do que a massa MB.

É importante notar que essa questão é um exemplo clássico de problema de transferência de calor, onde a temperatura final é uma média ponderada das temperaturas iniciais das duas massas. Nesse caso, a temperatura final é de 60°C, que é a média entre 90°C e 10°C.

Além disso, é fundamental entender que a variação de energia interna de um sistema é igual à soma das variações de energia interna de cada parte do sistema. No caso, a variação de energia interna do sistema é nula, pois não há troca de calor com o exterior.

Por fim, é importante lembrar que a temperatura de equilíbrio é a temperatura que o sistema atinge quando não há mais troca de calor entre as partes do sistema. Nesse caso, a temperatura de equilíbrio é de 60°C, que é a mesma para ambas as massas.

A resposta certa é B) a segunda lei da termodinâmica, pois o texto de Maxwell descreve uma situação em que o "ser" que controla o orifício está realizando uma separação de moléculas com base em suas velocidades, o que viola a segunda lei da termodinâmica, que estabelece que a entropia total de um sistema isolado sempre aumenta ou permanece constante, mas nunca diminui.

Essa lei foi formulada por William Thomson (Lord Kelvin) e Rudolf Clausius no século XIX e é uma das principais leis que regem o comportamento dos sistemas termodinâmicos. A segunda lei da termodinâmica é fundamental para a compreensão de muitos fenômenos naturais, como o aumento da entropia em processos irreversíveis, a direção espontânea dos processos físicos e a impossibilidade de construir máquinas térmicas perfeitamente eficientes.

No contexto do texto de Maxwell, a segunda lei da termodinâmica é violada porque o "ser" está realizando uma separação de moléculas com base em suas velocidades, o que é impossível de ser feito sem realizar trabalho. Além disso, a separação de moléculas rápidas e lentas violaria a segunda lei da termodinâmica, pois a entropia do sistema diminuiria.

É interessante notar que o texto de Maxwell é uma crítica à ideia de que é possível violar a segunda lei da termodinâmica e é uma maneira de ilustrar a impossibilidade de construir máquinas térmicas perfeitamente eficientes. Além disso, o texto de Maxwell é uma importante contribuição para o desenvolvimento da termodinâmica e da compreensão dos processos físicos que ocorrem em sistemas termodinâmicos.

Em resumo, a resposta certa é B) a segunda lei da termodinâmica, pois o texto de Maxwell descreve uma situação em que a segunda lei da termodinâmica é violada e é uma maneira de ilustrar a impossibilidade de construir máquinas térmicas perfeitamente eficientes.

Vamos começar calculando a potência do motor. Para isso, precisamos calcular a energia liberada em cada ciclo e multiplicá-la pela frequência de ciclo.

Primeiramente, vamos calcular a energia liberada em cada ciclo. A expansão isobárica do combustível inflamado ocorre a uma pressão constante, portanto, a energia liberada é igual ao trabalho realizado.

O trabalho realizado em cada ciclo é dado pela fórmula:

W = P × ΔV, onde W é o trabalho realizado, P é a pressão interna e ΔV é a variação de volume.

No nosso caso, a pressão interna é de 12 atmosferas, que é igual a 12 × 105 N/m2. O volume interno do motor é de 250 centímetros cúbicos, que é igual a 0,25 litros ou 0,25 × 10-3 m3.

Como a expansão é isobárica, a variação de volume é igual ao volume interno do motor. Portanto, podemos calcular o trabalho realizado em cada ciclo:

W = P × ΔV = 12 × 105 N/m2 × 0,25 × 10-3 m3 = 300 J

Agora, vamos calcular a frequência de ciclo. A rotação do motor é de 3500 rpm, que é igual a 3500 ciclos por minuto. Para calcular a frequência de ciclo em hertz, dividimos a rotação por 60:

f = 3500 rpm / 60 = 58,33 Hz

Agora, podemos calcular a potência do motor. A potência é igual à energia liberada por unidade de tempo:

P = W × f = 300 J × 58,33 Hz = 17500 W

Portanto, a resposta correta é D) 17500 Watts.

A alternativa C) é a única que viola a primeira lei da termodinâmica, que estabelece que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas convertida de uma forma para outra. Portanto, é impossível construir uma máquina que realize um trabalho maior que a energia que recebe.

Isso ocorre porque a energia tem que ser conservada, ou seja, a energia total do sistema e do ambiente deve ser a mesma antes e após qualquer processo. Se uma máquina fosse capaz de realizar um trabalho maior que a energia que recebe, significaria que a energia foi criada do nada, o que é impossível.

Além disso, se considerarmos a fórmula ΔEint = Q - W, podemos ver que o trabalho realizado pelo sistema (W) é uma forma de energia que é transferida do sistema para o ambiente. Se o sistema realiza um trabalho maior que a energia que recebe (Q), significaria que o sistema estaria criando energia do nada, o que novamente é impossível.

As outras alternativas estão corretas. A alternativa A) estabelece a fórmula correta para a variação da energia interna do sistema, que é ΔEint = Q - W. A alternativa B) descreve corretamente um processo adiabático, que é um processo que ocorre sem troca de calor entre o sistema e o ambiente. A alternativa D) está correta, pois se o sistema realiza trabalho e não recebe calor, sua energia interna diminui. Já a alternativa E) também está correta, pois se o volume do sistema é mantido constante, o sistema não pode realizar trabalho, então a variação da energia interna é igual ao calor adicionado (ΔEint = Q).

Portanto, a alternativa C) é a única que viola a primeira lei da termodinâmica e é considerada INCORRETA.

Vamos analisar cada afirmação para verificar se ela está correta ou não.

A Afirmação I afirma que a máquina térmica pode apresentar um rendimento de 40% se as temperaturas das fontes forem 27° C e 427° C. Para verificar se isso é verdade, podemos utilizar a fórmula do rendimento ideal de uma máquina térmica, que é dado por η = 1 - (Tc / Th), onde Tc é a temperatura da fonte fria e Th é a temperatura da fonte quente. Substituindo os valores dados, temos η = 1 - (27° C / 427° C) = 0,936, ou seja, um rendimento de 93,6%. Portanto, a Afirmação I está incorreta, pois o rendimento da máquina térmica não pode ser de 40% com essas temperaturas.

A Afirmação II afirma que se o rendimento da máquina for 40% do rendimento ideal para temperaturas das fontes iguais a 27° C e 327° C e se o calor rejeitado pela máquina for 0,8 kJ, o trabalho realizado será 1,8 kJ. Para verificar se isso é verdade, podemos novamente utilizar a fórmula do rendimento ideal de uma máquina térmica. Com as temperaturas dadas, temos η = 1 - (27° C / 327° C) = 0,917, ou seja, um rendimento ideal de 91,7%. Se o rendimento da máquina for 40% do rendimento ideal, então η = 0,917 x 0,4 = 0,367. Já que o calor rejeitado pela máquina é 0,8 kJ, o calor recebido pela máquina é Qh = Qc / (1 - η) = 0,8 kJ / (1 - 0,367) = 2,5 kJ. O trabalho realizado pela máquina é W = Qh - Qc = 2,5 kJ - 0,8 kJ = 1,7 kJ, que é muito próximo do valor dado. Portanto, a Afirmação II está correta.

A Afirmação III afirma que se a temperatura de uma das fontes for 727° C e se a razão entre o calor rejeitado pela máquina e o calor recebido for 0,4, a outra fonte apresentará uma temperatura de -23° C no caso de o rendimento da máquina ser 80% do rendimento ideal. Para verificar se isso é verdade, podemos novamente utilizar a fórmula do rendimento ideal de uma máquina térmica. Se o rendimento da máquina for 80% do rendimento ideal, então η = 0,8 x (1 - Tc / Th), onde Tc é a temperatura da fonte fria e Th é a temperatura da fonte quente. Substituindo os valores dados, temos 0,8 = 0,8 x (1 - Tc / 727° C). Isolando Tc, temos Tc = 727° C x (1 - 0,8) = 145,4° C, que é muito diferente de -23° C. Portanto, a Afirmação III está incorreta.

Portanto, as únicas afirmações corretas são a Afirmação I e a Afirmação III. A resposta certa é a opção D) I e III, apenas.

Considerando-se a seguinte relação entre a temperatura em graus Kelvin e a temperatura em graus Celsius: TK = Tc + 273, é correto afirmar que o aumento percentual da energia cinética média de translação das moléculas de um gás ideal, quando a temperatura deste aumenta de 0 °C para 100 °C, é aproximadamente igual, em porcentagem, a

• A)43,7.
• B)36,6.
• C)50,7.
• D)20,4.
• E)15,8.

Para resolver esse problema, é necessário entender como a temperatura afeta a energia cinética das moléculas de um gás ideal. A energia cinética média de translação das moléculas de um gás ideal é diretamente proporcional à temperatura em Kelvin.

Portanto, se a temperatura aumenta de 0 °C para 100 °C, a temperatura em Kelvin aumenta de 273 K para 373 K. Isso representa um aumento de 100 K.

Para calcular o aumento percentual da energia cinética média, podemos dividir o aumento de temperatura (100 K) pela temperatura inicial (273 K) e multiplicar por 100.

O cálculo resulta em: (100 K / 273 K) x 100 = 36,6%

Portanto, a resposta correta é B) 36,6.

É importante notar que a energia cinética média de translação das moléculas de um gás ideal aumenta com o aumento da temperatura, mas não de forma linear. Aumentos de temperatura menores podem resultar em aumentos de energia cinética mais significativos, especialmente em temperaturas mais baixas.

Além disso, é fundamental lembrar que a relação entre a temperatura e a energia cinética média de translação das moléculas de um gás ideal é uma aproximação, pois os gases reais não se comportam exatamente como gases ideais. No entanto, essa aproximação é suficiente para muitos propósitos práticos e é amplamente utilizada em física e química.

Em resumo, a resposta correta é B) 36,6, e é fundamental entender como a temperatura afeta a energia cinética das moléculas de um gás ideal para resolver problemas como esse.

A professora, sorrindo, respondeu: "Ah, então você acha que o seu corpo é uma exceção às leis da física?"

O aluno, surpreso, perguntou: "O quê? Não, professora, eu só estou dizendo que não entendo por que eu continue engordando mesmo quando faço dieta e exercício."

A professora explicou: "Bem, meu querido aluno, a Primeira Lei da Termodinâmica, também conhecida como Lei da Conservação da Energia, estabelece que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas convertida de uma forma para outra."

"Então, quando você come, você está ingerindo energia na forma de calorias. Se você não faz nada com essas calorias, elas serão armazenadas em seu corpo na forma de gordura. E se você faz exercícios, você está gastando essa energia armazenada."

"Mas, se você não está comendo nada e está fazendo exercícios, como você acha que está engordando?", perguntou a professora, curiosa.

O aluno, constrangido, admitiu: "Bem, eu não estou comendo nada... durante o dia. Mas, à noite, eu como um monte de pizza e sorvete."

A professora sorriu novamente e disse: "Então, meu querido aluno, a Primeira Lei da Termodinâmica não foi violada. A energia que você consumiu em forma de pizza e sorvete foi armazenada em seu corpo na forma de gordura."

O aluno, agora entendendo, balançou a cabeça e disse: "Ah, eu entendi. Eu pensei que estava fazendo dieta, mas na verdade eu estava apenas adiando a minha refeição."

A professora concluiu: "Exatamente, meu aluno. A ciência é muito mais simples do que parece. Basta apenas entender as leis que governam o nosso universo."