Questões Sobre 1º Lei da Termodinâmica - Física - concurso

Portanto, é possível concluir que o trabalho realizado pelo gás sobre o ambiente é positivo, pois o gás expandiu-se, realizando trabalho sobre o ambiente. Além disso, como a curva é vertical, a variação de volume é nula. Isso significa que a energia não é fornecida ou recebida pelo sistema em forma de trabalho, pois o volume não varia.

Logo, a variação de energia do sistema é igual à energia fornecida ou recebida em forma de calor. Como o gás é aquecido, a energia é fornecida ao sistema. Portanto, a variação de energia do sistema é positiva.

No entanto, a primeira lei da termodinâmica estabelece que a variação de energia de um sistema é igual à diferença entre a energia recebida e a energia fornecida pelo sistema. Como o trabalho realizado pelo gás sobre o ambiente é de 900 kJ, e a variação de volume é nula, a energia fornecida pelo sistema é igual ao trabalho realizado.

Portanto, a variação de energia do sistema é igual à energia recebida em forma de calor, que é igual à energia fornecida pelo sistema (trabalho realizado). Isso contradiz a afirmação de que a variação de energia do sistema é igual à diferença entre a energia recebida e a energia fornecida pelo sistema.

Dessa forma, o item está ERRADO, pois a situação descrita não segue a primeira lei da termodinâmica. O gabarito correto é E).

Para avaliar as afirmações, é necessário entender o experimento em questão. No aquecimento da água a pressão constante em um cilindro com pistão sem atrito, ocorre uma transformação de fase da água líquida para vapor. À medida que o calor é acrescentado, a temperatura da água aumenta e mais moléculas de água ganham energia suficiente para passar do estado líquido para o estado gasoso.

Portanto, a afirmação I está correta, pois à medida que mais calor for acrescentado, mais vapor será produzido. Além disso, quando toda a água é vaporizada, tem-se um estado de vapor saturado, o que torna a afirmação II também correta.

Já a afirmação III não está correta, pois a temperatura não aumenta gradualmente desde que a pressão de mistura seja mantida constante. Isso ocorre porque, durante a vaporização, a temperatura se mantém constante, pois a energia fornecida pelo calor é utilizada para mudar o estado de agregação da água, e não para aumentar a temperatura.

Portanto, está correto o que se afirma em I e II, apenas, o que torna a resposta correta a alternativa A).

As afirmativas I, II e III estão relacionadas a conceitos fundamentais da termodinâmica. Vamos analisá-las individualmente para entender melhor.

Uma das formas de se obter energia térmica é através da combustão ou queima de materiais. Cada substância na sua queima libera uma quantidade de calor diferente. A quantidade de calor que cada substância libera na combustão é chamada calor de combustão. Considere que um fogareiro com um botijão de gás permite aquecer no máximo 225 litros de água de 20°C até 100°C e que o calor de combustão do gás é de 6000 kcal/kg. Sendo assim, esse é um botijão de:

(Considere: densidade da água = 1 g/cm³.)

Para resolver esse problema, precisamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água de 20°C para 100°C. Em seguida, podemos dividir essa quantidade de calor pelo calor de combustão do gás para encontrar a massa do botijão de gás.

Primeiramente, vamos calcular a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura da água. A fórmula para calcular a quantidade de calor é:

ΔQ = mcΔT

onde ΔQ é a quantidade de calor, m é a massa da água, c é o calor específico da água (que é de aproximadamente 1 kcal/kg°C) e ΔT é a variação de temperatura.

Converteremos a temperatura de Celsius para Kelvin, pois a fórmula exige que a temperatura seja em Kelvin:

20°C = 293 K

100°C = 373 K

Agora, podemos calcular a variação de temperatura:

ΔT = 373 K - 293 K = 80 K

A massa da água é de 225 litros, que é igual a 225.000 g (pois a densidade da água é de 1 g/cm³). Converteremos a massa para quilogramas:

m = 225.000 g = 225 kg

Agora, podemos calcular a quantidade de calor necessária:

ΔQ = mcΔT

ΔQ = 225 kg × 1 kcal/kg°C × 80°C

ΔQ = 18.000 kcal

Agora, podemos dividir a quantidade de calor necessária pelo calor de combustão do gás para encontrar a massa do botijão de gás:

m_gás = ΔQ / Q_combustão

m_gás = 18.000 kcal / 6000 kcal/kg

m_gás = 3 kg

Portanto, o gabarito correto é B) 3 kg.

Para resolver esse problema, precisamos entender como o gás se comporta quando recebe calor. Quando o gás recebe 450 J de calor, sua temperatura aumenta, e, consequentemente, sua pressão também aumenta. Isso ocorre porque as moléculas do gás começam a se mover mais rápido, colidindo mais frequentemente com as paredes do recipiente e exercendo uma força maior sobre a tampa.

Para calcular a força exercida pelo gás na tampa, precisamos utilizar a fórmula de trabalho (W) em relação à distância (d) e à força (F): W = F × d. No caso, o trabalho realizado pelo gás é igual à energia térmica fornecida (450 J), e a distância é igual ao deslocamento da tampa (15 cm = 0,15 m).

Substituindo os valores na fórmula, obtemos:

450 J = F × 0,15 m

Para encontrar a força exercida pelo gás, basta dividir o trabalho pela distância:

F = 450 J / 0,15 m = 3.000 N

Portanto, a resposta correta é a opção C) 3.000 N.

Além disso, é importante ressaltar que o diagrama de Mollier é uma ferramenta fundamental na análise de processos termodinâmicos, pois permite uma visualização clara das relações entre as propriedades termodinâmicas de uma substância.

Nele, são apresentadas as curvas de isobaras, isotermas e adiabáticas, que permitem a análise de processos como a expansão e compressão de gases, a evaporação e condensação de líquidos, entre outros.

Além disso, o diagrama de Mollier também é útil na análise de sistemas de refrigeração e climatização, pois permite a avaliação da eficiência energética desses sistemas e a identificação de oportunidades de melhoria.

Portanto, é fundamental que os profissionais da área de termodinâmica estejam familiarizados com o diagrama de Mollier e sua interpretação, para que possam realizar análises precisas e tomar decisões informadas.

Em resumo, o diagrama de Mollier é uma ferramenta essencial na análise de processos termodinâmicos, e sua compreensão é fundamental para a realização de cálculos precisos e a tomada de decisões informadas na área de termodinâmica.

A alternativa B) está correta, pois a termodinâmica fornece a teoria básica para máquinas térmicas, como turbinas a vapor e reatores nucleares, além de refrigeradores e bombas de calor. Essas máquinas são capazes de converter energia térmica em energia mecânica, ou vice-versa, e a termodinâmica estuda as leis que governam essas conversões.

Já a alternativa A) está errada, pois o calor não flui espontaneamente de um ambiente frio para um ambiente quente. De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor flui espontaneamente de um ambiente quente para um ambiente frio, e não no sentido inverso.

A alternativa C) também está errada, pois a lei zero da termodinâmica afirma que, se dois objetos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro objeto, eles estarão em equilíbrio térmico entre si. Isso significa que, se dois objetos têm a mesma temperatura que um terceiro objeto, eles também têm a mesma temperatura entre si.

A alternativa D) está errada, pois a primeira lei da termodinâmica afirma que a energia interna de um sistema aumenta se se acrescentar energia na forma de calor e diminui se se remover energia na forma de trabalho realizado pelo sistema.

Por fim, a alternativa E) está errada, pois em uma máquina térmica ideal, todos os processos térmicos são reversíveis, e não irreversíveis. Isso significa que a máquina pode converter toda a energia térmica em energia mecânica, sem perdas.

Em resumo, a termodinâmica é uma ciência importante que estuda as transformações de energia térmica em energia mecânica, e suas aplicações são muitas, desde máquinas térmicas até refrigeradores e bombas de calor.

É importante notar que a termodinâmica é uma ciência que se baseia em princípios fundamentais, como as leis da termodinâmica, que governam o comportamento da energia térmica e sua interação com a matéria.

Além disso, a termodinâmica é uma ciência que se aplica em muitas áreas, desde a engenharia até a física, e suas aplicações são fundamentais para o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes e sustentáveis.

Portanto, é fundamental que os estudantes de física e engenharia tenham um bom entendimento da termodinâmica e suas aplicações, para que possam desenvolver soluções mais eficientes e sustentáveis para os problemas energéticos do mundo.

Vamos resolver esse problema de física juntos! Primeiro, vamos entender o que está sendo pedido. Temos um cilindro com um pistão que contém um gás a 300 K, ocupando um volume de 15 litros. O processo é isobário, ou seja, a pressão é constante, e temos uma pressão de 10.000 Pa. Agora, precisamos encontrar o trabalho realizado pela expansão do gás se a temperatura for aumentada para 400 K.

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula do trabalho realizado por um gás ideal em um processo isobário:

W = nRT ln(V2/V1), onde W é o trabalho realizado, n é o número de moles de gás, R é a constante dos gases perfeitos, T é a temperatura em Kelvin e V1 e V2 são os volumes inicial e final, respectivamente.

Primeiro, precisamos encontrar o número de moles de gás. Para isso, vamos utilizar a equação de estado dos gases perfeitos:

PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume e T é a temperatura.

Substituindo os valores dados, temos:

10.000 Pa × 15 L = n × 8,3145 J/mol·K × 300 K.

Agora, podemos resolver para n:

n = 10.000 Pa × 15 L / (8,3145 J/mol·K × 300 K) = 0,6 mol.

Agora que temos o número de moles, podemos utilizar a fórmula do trabalho realizado:

W = 0,6 mol × 8,3145 J/mol·K × 400 K × ln(V2/V1).

Para encontrar o volume final, vamos utilizar novamente a equação de estado dos gases perfeitos:

10.000 Pa × V2 = 0,6 mol × 8,3145 J/mol·K × 400 K.

Agora, podemos resolver para V2:

V2 = 10.000 Pa × V2 / (0,6 mol × 8,3145 J/mol·K × 400 K) = 30 L.

Agora que temos o volume final, podemos substituir os valores na fórmula do trabalho realizado:

W = 0,6 mol × 8,3145 J/mol·K × 400 K × ln(30 L / 15 L) = 200 kJ.

Portanto, a alternativa correta é:

• C) 200 kJ.

Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de

Para calcular o fluxo de água necessário, precisamos calcular a quantidade de calor que será dissipada pelo sistema de arrefecimento. Como a potência elétrica da usina é de 1,0 MW e o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, temos que a potência dissipada é de 2,0 MW.

Como a potência é dada em watts (W) e o calor específico da água é dado em kJ/(kg °C), precisamos converter a potência de MW para W e o calor específico de kJ/(kg °C) para J/(kg °C). Temos que 1 MW é igual a 1.000.000 W e 1 kJ é igual a 1.000 J. Portanto, a potência dissipada é de 2.000.000 W e o calor específico da água é de 4.000 J/(kg °C).

Agora, podemos calcular a quantidade de calor que será dissipada por segundo. Como a potência é dada em watts (W) e o calor é dado em joules (J), podemos calcular a quantidade de calor dissipada por segundo dividindo a potência pela unidade de tempo (1 segundo). Temos que:

Q = P / t

Q = 2.000.000 W / 1 s

Q = 2.000.000 J/s

Agora, podemos calcular o fluxo de água necessário para dissipar essa quantidade de calor. Como a água só pode ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento, podemos calcular o fluxo de água necessário utilizando a fórmula:

m = Q / (c * ΔT)

Onde m é o fluxo de água, Q é a quantidade de calor dissipada por segundo, c é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura.

Substituindo os valores, temos:

m = 2.000.000 J/s / (4.000 J/(kg °C) * 3 °C)

m ≈ 166,67 kg/s

Portanto, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de 167.

O gráfico que melhor representa, em diagrama p – V, um ciclo de Carnot, é

• E)

Um ciclo de Carnot é um processo termodinâmico que consiste em quatro etapas: isometria, isotermia, isometria e isotermia novamente. Esse ciclo é considerado o mais eficiente para conversão de calor em trabalho mecânico. No diagrama p – V, o ciclo de Carnot é representado por uma curva fechada que inclui quatro seções.

A primeira seção é a isometria, que ocorre à temperatura constante (isotermia) e pressão decrescente. Nessa etapa, o sistema absorve calor do reservatório quente e expande, aumentando seu volume. A segunda seção é a isotermia, que ocorre à pressão constante e temperatura decrescente. Nessa etapa, o sistema libera calor para o reservatório frio e se contrai, diminuindo seu volume.

A terceira seção é novamente a isometria, que ocorre à temperatura constante (isotermia) e pressão crescente. Nessa etapa, o sistema libera calor para o reservatório quente e se contrai, diminuindo seu volume. A quarta e última seção é novamente a isotermia, que ocorre à pressão constante e temperatura crescente. Nessa etapa, o sistema absorve calor do reservatório frio e expande, aumentando seu volume.

O gráfico que melhor representa esse ciclo é o gráfico de p – V, que mostra a variação da pressão (p) em função do volume (V) do sistema. Nesse gráfico, as quatro seções do ciclo de Carnot são representadas por uma curva fechada, com a isometria à esquerda e a isotermia à direita.

Portanto, a resposta certa é A) gráfico de p – V. Esse gráfico é o que melhor representa o ciclo de Carnot em diagrama, mostrando a variação da pressão e do volume do sistema durante as quatro etapas do ciclo.