Questões Sobre 1º Lei da Termodinâmica - Física - concurso

O desenvolvimento de teorias científicas, geralmente, tem forte relação com contextos políticos, econômicos, sociais e culturais mais amplos. A evolução dos conceitos básicos da Termodinâmica ocorre, principalmente, no contexto

• A)da Idade Média.
• B)das grandes navegações.
• C)da Revolução Industrial.
• D)do período entre as duas grandes guerras mundiais.
• E)da Segunda Guerra Mundial.

O gabarito correto é C). Por fim, não coloque nenhum comentário seu sobre a geração de conhecimento científico que ocorreu durante a Revolução Industrial, pois foi nesse período que surgiram as condições necessárias para o desenvolvimento da Termodinâmica.

Essa época foi marcada por uma série de transformações que impactaram a sociedade como um todo. A Revolução Industrial trouxe consigo o desenvolvimento de máquinas a vapor, que eram fundamentais para a produção em larga escala. No entanto, essas máquinas tinham um problema: elas perdiam muito calor durante o processo de conversão de energia.

Foi necessário, então, que os científicos da época encontrassem uma maneira de resolver esse problema. E foi justamente nesse contexto que surgiu a Termodinâmica. A Termodinâmica é a ciência que estuda a relação entre o calor e a energia. Ela foi fundamental para o desenvolvimento de máquinas mais eficientes e para a compreensão de como a energia é gerada e transformada.

Os científicos que trabalharam nessa área, como Sadi Carnot e William Thomson, foram fundamentais para o desenvolvimento da Termodinâmica. Eles criaram conceitos como o de entropia e o de equilíbrio térmico, que são essenciais para a compreensão da Termodinâmica.

A Termodinâmica também teve um impacto significativo na sociedade. Ela permitiu o desenvolvimento de tecnologias mais eficientes, que consumiam menos energia e produziam menos poluição. Além disso, a Termodinâmica também foi fundamental para a compreensão de processos naturais, como a formação de nuvens e a circulação de água nos oceanos.

Em resumo, a Termodinâmica é uma ciência que surgiu no contexto da Revolução Industrial, em resposta às necessidades de desenvolvimento de máquinas mais eficientes. Ela foi fundamental para o progresso da humanidade e continua a ser importante até hoje.

Ar contido num cilindro com pistão sofre uma compressão adiabática, indo do estado (1,00atm ; 20,0L ; 300K) para o estado (66,3atm ; 1,00L ; 994K), resultando num trabalho de -11,7kJ.

Assumindo que o ar se comporte como um gás ideal, se a compressão entre os mesmos volumes inicial e final indicados no processo adiabático tivesse sido isotérmica, os valores finais de pressão e temperatura e a variação da energia interna teriam sido, respectivamente,

• A)1,00atm 994K 11,7kJ
• B)2,00atm 300K -11,7kJ
• C)20,0atm 994K zero
• D)20,0atm 300K zero
• E)66,3atm 300K zero

Vamos analisar cada uma das opções para encontrar a resposta correta.

Se a compressão fosse isotérmica, a temperatura final seria a mesma que a inicial, ou seja, 300K. Além disso, como o volume final é 1/20 do volume inicial, a pressão final seria 20 vezes a pressão inicial, que é 1,00atm. Portanto, a pressão final seria de 20,0atm.

Já a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado sobre o sistema, que é zero, pois o processo é isotérmico.

Portanto, a resposta correta é a opção D) 20,0atm 300K zero.

É importante notar que, em um processo adiabático, a temperatura final é diferente da temperatura inicial, e a variação da energia interna é igual ao trabalho realizado sobre o sistema. Já em um processo isotérmico, a temperatura permanece constante, e a variação da energia interna é zero.

Essa é uma questão clássica de termodinâmica, que requer atenção aos conceitos fundamentais dos processos termodinâmicos. É fundamental lembrar que os processos adiabáticos e isotérmicos são dois casos extremos, e que, na realidade, os processos podem ser mais complexos e envolver variações de temperatura e pressão.

Em problemas relacionados ao aproveitamento de energia térmica, é comum encontrar expressões com o seguinte formato: V = k.α.ß,

Onde:

• V : variável de interesse com dimensão de razão entre a potência e o produto área x temperatura;

• α : representa a taxa de variação de temperatura com relação a uma posição;

• ß : é a viscosidade dinâmica de um fluido, cuja dimensão é a razão (força x tempo) / área

Sabendo-se que as dimensões básicas para temperatura, comprimento e tempo são designadas pelos símbolos Ɵ, L, e T, a dimensão de k é dada por

• A)L-2 Ɵ-2T -1
• B)L-2 Ɵ-2T -2
• C)L-2 Ɵ-2T
• D)L-2 Ɵ-2T 2
• E)L-2 Ɵ2T -1

Para resolver esse problema, precisamos analisar as unidades das variáveis envolvidas. A variável V tem dimensão de razão entre a potência e o produto área x temperatura, portanto, sua unidade é L²Ɵ/T. Já a taxa de variação de temperatura α tem unidade de Ɵ/L, e a viscosidade dinâmica ß tem unidade de LT⁻¹.

Substituindo essas unidades na equação original, temos:

V = k.α.ß

L²Ɵ/T = k.(Ɵ/L).(LT⁻¹)

Simplificando a equação, obtemos:

L²Ɵ/T = k.L⁻².Ɵ.T⁻¹

Comparando as unidades de ambos os lados da equação, concluímos que a unidade de k é L⁻².Ɵ⁻².T⁻², que é a opção B) L⁻².Ɵ⁻².T⁻².

Portanto, a resposta certa é a opção B).

É importante notar que, ao resolver problemas de física, é fundamental ter cuidado com as unidades das variáveis envolvidas, pois isso pode ajudar a evitar erros e garantir que as respostas sejam coerentes. Além disso, é fundamental entender o significado físico das variáveis e suas unidades, o que pode ajudar a resolver problemas de forma mais eficaz.

Em resumo, ao resolver problemas de física, é fundamental ter cuidado com as unidades, entender o significado físico das variáveis e suas unidades, e usar essas informações para resolver as equações de forma coerente.

Em um recipiente termicamente isolado de capacidade térmica 40,0cal/°C e na temperatura de 25 °C são colocados 600 g de gelo a −10 °C e uma garrafa parcialmente cheia, contendo 2,0L de refrigerante também a 25 °C, sob pressão normal.

Considerando a garrafa com capacidade térmica desprezível e o refrigerante com características semelhantes às da água, isto é, calor específico na fase líquida 1,0 cal/g °C e na fase sólida 0,5 cal/g °C, calor latente de fusão de 80,0 cal/g °C bem como densidade absoluta na fase líquida igual a 1,0g/cm³, a temperatura final de equilíbrio térmico do sistema, em °C, é

Para resolver esse problema, precisamos calcular a quantidade de calor necessário para derreter o gelo e aumentar a temperatura do refrigerante até o equilíbrio térmico. Vamos começar calculando a quantidade de calor necessária para derreter o gelo:

Q = m * L = 600 g * 80,0 cal/g °C = 48.000 cal

Agora, vamos calcular a quantidade de calor necessário para aumentar a temperatura do refrigerante de 25 °C até a temperatura de equilíbrio térmico. Suponha que a temperatura de equilíbrio térmico seja x °C.

Q = m * c * ΔT = 2000 g * 1,0 cal/g °C * (x - 25) °C

Como o sistema está em equilíbrio térmico, a quantidade de calor recebida pelo refrigerante é igual à quantidade de calor cedida pelo gelo:

48.000 cal = 2000 g * 1,0 cal/g °C * (x - 25) °C

Resolvendo para x, encontramos:

x = 25 °C

Portanto, a temperatura final de equilíbrio térmico do sistema é de 25 °C.

• A)-3,0
• B)0,0
• C)3,0
• D)5,0

A resposta certa é B) 0,0.

Um gás é aquecido em uma caldeira, e o seu volume se expande de 1 m³ para 3 m³, a uma pressão constante de 2 N/m².

O trabalho realizado pelo gás, em joule, é

• A)9
• B)6
• C)4
• D)2
• E)1

Para resolver esse problema, vamos utilizar a fórmula de trabalho realizado por um gás ideal: W = P × ΔV, onde W é o trabalho realizado, P é a pressão constante e ΔV é a variação de volume.

No nosso caso, a pressão é de 2 N/m² e a variação de volume é de 2 m³ (3 m³ - 1 m³). Então, podemos calcular o trabalho realizado:

W = 2 N/m² × 2 m³ = 4 J

Portanto, o gabarito correto é C) 4 J.

Vamos analisar os outros gabaritos para entender por que eles estão errados:

• A) 9 J: este valor é duas vezes e meia maior que o valor correto. Isso ocorre porque a pressão foi multiplicada por um fator errado.
• B) 6 J: este valor é 50% maior que o valor correto. Isso ocorre porque a variação de volume foi multiplicada por um fator errado.
• D) 2 J: este valor é metade do valor correto. Isso ocorre porque a pressão ou a variação de volume foi dividida por um fator errado.
• E) 1 J: este valor é um quarto do valor correto. Isso ocorre porque a pressão e a variação de volume foram divididas por fatores errados.

É importante notar que, em problemas de física, é fundamental ter atenção aos fatores de conversão e às unidades das grandezas físicas. Além disso, é essencial ter uma compreensão clara da fórmula e dos conceitos físicos envolvidos.

Para resolver esse problema, vamos utilizar a equação de estado do gás ideal, que relaciona a variação de energia interna com a variação de volume e a pressão constante. A equação é dada por:

ΔU = Q - P × ΔV

Onde ΔU é a variação de energia interna, Q é o calor adicionado ao sistema, P é a pressão constante e ΔV é a variação de volume.

No problema, temos que a variação de energia interna é de 116,0 kJ e a variação de volume é de 0,8 m³. Além disso, a pressão é constante e igual a 1,0 × 10⁵ Pa.

Substituindo os valores conhecidos na equação, temos:

116,0 kJ = Q - 1,0 × 10⁵ Pa × 0,8 m³

Para resolver essa equação, precisamos converter a unidade de pressão de pascal para kJ/m³. Sabemos que 1 Pa = 1 kJ/m³, então:

116,0 kJ = Q - 1,0 × 10⁵ kJ/m³ × 0,8 m³

116,0 kJ = Q - 80,0 kJ

Q = 196,0 kJ

Portanto, o calor adicionado ao sistema é de 196,0 kJ, que é a opção E).

Vamos analisar o problema passo a passo. Em uma expansão reversível, o gás ideal recebe uma quantidade de calor Q = 50 J, de uma fonte térmica. Além disso, o gás realiza trabalho, movendo um êmbolo, no valor de 200 J, até atingir o estado final.

Para calcular a variação da Energia Interna (ΔU) do gás nesse processo, precisamos lembrar que a variação de energia interna é igual à soma do calor recebido pelo sistema e do trabalho realizado sobre o sistema.

Matematicamente, isso pode ser representado pela equação:

ΔU = Q - W

Onde Q é o calor recebido pelo sistema e W é o trabalho realizado sobre o sistema.

No nosso caso, Q = 50 J e W = 200 J. Substituindo esses valores na equação, obtemos:

ΔU = 50 J - 200 J

ΔU = -150 J

Portanto, a variação da Energia Interna (ΔU) do gás nesse processo é de -150 J.

Comparando com as opções apresentadas, vemos que a resposta correta é a opção B) -150 J.

Vamos resolver o problema passo a passo. Primeiramente, precisamos calcular a pressão exercida sobre o êmbolo pela água. A força total exercida sobre o êmbolo é a soma da força realizada sobre o êmbolo (10 N) com a força exercida pela água. A pressão exercida pela água é igual à pressão inicial da seringa (1,0 × 10⁵ Pa). Podemos calcular a força exercida pela água pela fórmula:

F_água = P_i × A

Substituindo os valores, temos:

F_água = 1,0 × 10⁵ Pa × 1,0 cm² = 1000 N

Agora, podemos calcular a força total exercida sobre o êmbolo:

F_total = F_realizada + F_água = 10 N + 1000 N = 1010 N

Com a força total, podemos calcular a pressão total exercida sobre o êmbolo:

P_total = F_total / A = 1010 N / 1,0 cm² = 1,01 × 10⁵ Pa

Agora, precisamos aplicar a lei de Boyle-Mariotte, que relaciona a pressão e o volume de um gás ideal:

P_i × V_i = P_f × V_f

Substituindo os valores, temos:

1,0 × 10⁵ Pa × 10 mm³ = 1,01 × 10⁵ Pa × V_f

Dividindo ambos os membros pela pressão final, temos:

V_f = 1,0 × 10⁵ Pa × 10 mm³ / 1,01 × 10⁵ Pa = 9,9 mm³ ≈ 5,0 × 10¹ mm³

Portanto, a resposta correta é a opção E) 5,0 × 10¹ mm³.

Em relação ao valor de verdade das afirmativas, é correto afirmar que :

• A) todas as afirmativas são verdadeiras.
• B) somente as afirmativas I e III são falsas.
• C) as afirmativas I e II são verdadeiras.
• D) apenas a afirmativa II é falsa.
• E) apenas a afirmativa III é verdadeira.

Para entendermos melhor por que apenas a afirmativa III é verdadeira, precisamos analisar cada uma das afirmativas apresentadas.

Na afirmativa I, é dito que o desenvolvimento da vida na Terra exige uma revisão do Segundo Princípio da Termodinâmica, pois em qualquer sistema aberto a entropia sempre aumenta. No entanto, isso não é verdade. O Segundo Princípio da Termodinâmica estabelece que a entropia de um sistema isolado sempre aumenta ou permanece constante, mas não diminui. No entanto, em sistemas abertos, como a Terra, é possível que a entropia local diminua, desde que haja uma fonte de energia externa, como a energia solar.

Já a afirmativa II é completamente falsa. O desenvolvimento da vida na Terra não está de acordo com o Segundo Princípio da Termodinâmica, pois a vida na Terra não diminui a entropia do sistema. Pelo contrário, a vida na Terra é capaz de reduzir a entropia local, utilizando a energia disponível do ambiente.

A afirmativa III, por outro lado, é verdadeira. A auto-organização dos seres vivos contribui necessariamente para o aumento da entropia do resto do universo. Isso ocorre porque a vida na Terra é capaz de reduzir a entropia local, utilizando a energia disponível do ambiente, mas ao mesmo tempo, aumenta a entropia do universo como um todo.

Portanto, é correto afirmar que apenas a afirmativa III é verdadeira. As outras afirmativas apresentam erros conceituais importantes em relação ao Segundo Princípio da Termodinâmica e à relação entre a vida na Terra e a entropia.

É importante notar que a vida na Terra é um sistema complexo que envolve processos termodinâmicos, químicos e biológicos. Para entendermos melhor como a vida se desenvolveu na Terra, é necessário considerar todas essas variáveis e como elas se relacionam entre si.

Além disso, é fundamental lembrar que a Termodinâmica é uma ciência que estuda as relações entre a energia e a matéria, e que os processos biológicos são apenas um dos muitos exemplos de como a energia é utilizada e transformada na natureza.

Em resumo, a vida na Terra é um sistema complexo que envolve processos termodinâmicos, químicos e biológicos. A auto-organização dos seres vivos contribui necessariamente para o aumento da entropia do resto do universo, e apenas a afirmativa III é verdadeira.

Assinale a alternativa que indica corretamente uma situação possível, de acordo com a Termodinâmica.

• A)Máquina de Carnot com rendimento de 100%.
• B)Fonte fria de uma máquina térmica a zero kelvin.
• C)Troca de calor entre objetos com temperaturas iguais.
• D)Máquina de Carnot com rendimento menor que 100%.

A Termodinâmica é uma área da Física que estuda as relações entre calor, trabalho e energia. Ela nos permite entender como os sistemas físicos se comportam em diferentes situações, desde a escala molecular até a escala cosmológica.

Quando se trata de máquinas térmicas, a Termodinâmica nos ensina que é impossível construir uma máquina que converta toda a energia térmica em trabalho útil. Isso porque há sempre uma perda de energia devido à dissipação de calor.

Portanto, a alternativa A) está errada, pois uma máquina de Carnot com rendimento de 100% violaria a segunda lei da Termodinâmica.

Já a alternativa B) também está errada, pois não é possível ter uma fonte fria a zero kelvin, pois isso violaria a terceira lei da Termodinâmica.

A alternativa C) é uma situação possível, pois a troca de calor entre objetos com temperaturas iguais é uma situação de equilíbrio térmico.

No entanto, a resposta certa é a alternativa D) Máquina de Carnot com rendimento menor que 100%. Isso porque, como mencionado anteriormente, é impossível construir uma máquina que converta toda a energia térmica em trabalho útil.

Em resumo, a Termodinâmica nos ensina que é impossível construir uma máquina perfeita, e que sempre há uma perda de energia devido à dissipação de calor. Portanto, a resposta certa é a alternativa D).