Questões de Concurso sobre 1ª Lei da Termodinâmica

Na Primeira Lei da Termodinâmica, a energia interna de um sistema pode variar por:

Os povos originários da Amazônia brasileira desenvolveram sofisticadas técnicas de preparo de alimentos que perduram por milênios, como o cozimento em brasa (Pirarucu ao Fogo) de peixes grandes (pirarucu, tambaqui) envolvidos em folhas (bananeira, palmeira) e colocados sobre brasas "vivas" em fogueira aberta. Nessas condições, há cozimento indireto, com duração de 30-45 minutos e que resulta em carne macia, suculenta e com sabor inconfundível.

O mestre de cozinha indígena Tukano separa um peixe de 1,50 kg e capacidade térmica de 5.250 J/K para ser cozido em brasas de madeira a 627 °C, embrulhado em folhas de bananeira com área superficial de 0,080 m². O peixe tem que ter sua temperatura elevada de 20 °C para 65 °C até ficar pronto. Considere ε = 1 para a brasa e a constante de Stefan- -Boltzmann σ = 6 × 10-8 W/m² K⁴ . Em um cozimento em brasa aberta, o calor é transferido por três mecanismos simultâneos: radiação (70%), condução (20%) e convecção (10%).

A sequência que apresenta corretamente a potência irradiada pela brasa, em Watts, e a quantidade de calor transferida por radiação ao pirarucu, em kJ, respectivamente, é:

Sobre o equilíbrio térmico, analise as proposições a seguir:

I- Equilíbrio térmico é a situação em que dois ou mais corpos, inicialmente a diferentes temperaturas, trocam calor até atingirem a mesma temperatura, momento em que cessa a troca líquida de calor entre eles.

II- Quando dois sistemas termodinâmicos, A e B, encontram-se em equilíbrio térmico com um terceiro sistema termodinâmico, C, então, A e B também estarão em equilíbrio térmico.

III- Se um sistema termodinâmico, A, encontra-se em equilíbrio térmico com um sistema termodinâmico, C, e outro sistema termodinâmico, B, encontra-se em equilíbrio térmico com o sistema termodinâmico, C, não significa que A e B também estarão em equilíbrio térmico.

É CORRETO o que se afirma apenas em:

Na termodinâmica, a variação da energia interna de um sistema é igual

Define-se energia a capacidade de produzir trabalho. O comportamento da energia é definido por leis. Sobre as leis da termodinâmica, analisar os itens.

I. A primeira lei da termodinâmica afirma que a energia pode se transformar de um tipo em outro, embora possa ser criada e destruída.

II. A segunda lei da termodinâmica pode ser enunciada de diversos modos, incluindo o seguinte: nenhum processo envolvendo uma transformação de energia ocorrerá espontaneamente, a menos que haja uma degradação de energia de uma forma concentrada para uma forma dispersa.

Está CORRETO o que se afirma:

No laboratório de Física, foi realizado o seguinte experimento. Em um tubo de acrílico contendo ar e um pedaço de algodão, foi colocado um pistão, conforme a Figura 1. Em seguida, o laboratorista pressionou rapidamente o pistão para baixo, comprimindo o ar e fazendo com que o pedaço de algodão incendiasse, conforme a Figura 2.

Considerando o ar como um gás perfeito, assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas das frases a seguir.

O algodão pegou fogo porque o ar sofreu uma transformação ____________, na qual o(a) ____________ é convertido(a) em _____________ do(pelo) ar. Para essa transformação, a expressão da 1ª lei da termodinâmica pode ser representada assim: ____________.

Considere as afirmativas relacionadas às Leis da Termodinâmica apresentadas a seguir. Registre V, para verdadeiras, e F, para falsas:

(__)A Primeira Lei da Termodinâmica estabelece que a variação da energia interna de um sistema depende apenas do calor trocado com o meio.

(__)A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que é possível construir uma máquina térmica que converta integralmente calor em trabalho, sem perdas ou efeitos adicionais.

(__)Em um sistema isolado, a entropia não diminui: ela aumenta em processos irreversíveis e permanece constante em transformações reversíveis.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta:

Sobre um motor, repousa um tubo cilíndrico vertical de tamanho L=7,5m fechado no topo e na base. O tubo contém um gás monoatômico ideal A com massa molar M = 100g/mol à temperatura de 300к. A vibração do motor é transmitida para o tubo, gerando uma onda sonora estacionária em seu terceiro harmônico no gás A.

Dentro do motor, 1mol de outro gás monoatômico ideal B passa pelo ciclo termodinâmico ilustrado abaixo, composto por duas adiabáticas e duas isocóricas. O gás A no tubo oscila na mesma frequência com que o gás B executa o ciclo termodinâmico.

Os estados 1 e 3 possuem temperaturas T₁ = 100K е T₃ = 800K, e seus volumes atendem à relação $\frac{V_1}{V_3}=8$. Calcule a potência entregue pelo ciclo, considerando a constante universal dos gases ideais R=8Jl (mol$\cdot$K).

Considere que você é professor de Física do IFCE e acompanha uma turma de Engenharia durante um experimento de Termodinâmica. O sistema consiste em um recipiente rígido e termicamente isolado, contendo 𝐧 mols de um gás ideal monoatômico. No interior do recipiente, há uma resistência elétrica ligada a uma fonte externa. Durante o experimento, uma corrente elétrica percorre a resistência por determinado intervalo de tempo.

Observa-se que:

• o volume do gás permanece constante;

• não há troca de calor com o meio externo (paredes adiabáticas);

• a temperatura e a pressão do gás aumentam.

Alguns estudantes afirmam que o aumento da energia interna viola a forma usual da Primeira Lei da Termodinâmica, pois, segundo eles, como o volume não varia e o sistema é adiabático, teríamos simultaneamente 𝐖 = 𝟎 e 𝐐 = 𝟎, implicando 𝚫𝐔 = 𝟎.

Diante dessa argumentação, qual alternativa apresenta a explicação fisicamente correta que o professor deve fornecer?

São princípios de Proteção Radiológica:

Analise a figura e a tabela abaixo.

A figura acima apresenta o diagrama PV da substância de trabalho de um refrigerador, que passa ciclicamente por 4 estados. Durante as transformações termodinâmicas, a substância apresenta-se nas fases de líquido e/ou vapor. A tabela apresenta informações referentes à temperatura, à energia interna e à fase da matéria em cada um dos estados, 1,2, 3 e 4, que estão indicados na figura. Dado que os processos 2$\to$3 e 4$\to$1 são adiabáticos, U₁ > U₂, U₄ > U₃ e U₂ $\ne$ U₃, assinale V (verdadeiro) ou F (falso) nas sentenças abaixo e assinale a opção que apresenta a sequência-correta.

( ) A substância recebe calor no processo 1$\to$2.

( ) U₃ < U₂.

( ) A substância recebe calor no processo 3$\to$4.

( ) U₄ > U.

A diferença entre o calor fornecido ao motor e o calor perdido por ele em um ciclo é menor que a metade da energia interna do fluido de trabalho no estado termodinâmico, representado pelo ponto A no diagrama P×V.

Observe a figura abaixo:

Fonte: PUTVINSKIS, Rodrigo. Do seu jeito: Química: área de Ciências da Natureza e suas Tecnologias: volume único: Ensino médio. 1. ed. São Paulo: Ática, 2024.

Na figura, são apresentados diagramas com as curvas de aquecimento, que mostram a variação da temperatura em função do tempo para uma substância pura, a água, e para uma mistura de água e sal.

De acordo com esses diagramas, podemos inferir:

I.No diagrama A, durante a fusão e a ebulição, as temperaturas permanecem constantes ao longo de todo o intervalo de tempo em que ocorre a mudança de estado físico. Por se tratar de uma substância pura, a água funde-se a 0 °C e entra em ebulição a 100 °C. Essas temperaturas não se alteram até que toda a substância tenha completado a mudança de estado. Por isso, a curva de aquecimento da água apresenta dois patamares bem definidos.

II.No diagrama B, tal como no diagrama A, formam-se patamares constantes de temperatura durante a fusão e a ebulição, mesmo se tratando de uma mistura de água e sal.

A partir da análise dos itens, é possível AFIRMAR que:

Qual a função de um trocador de calor regenerativo?

A entropia é um conceito relacionado à energia disponível no universo. Com relação a esse conceito, podemos afirmar que:

O calor emitido pelo Sol, antes de chegar à atmosfera terrestre e atingir a superfície do planeta, atravessa milhões de quilômetros no vácuo. Nesse caso, não há matéria para o calor se propagar. Dá-se o nome de irradiação térmica ao processo de transmissão de calor que dispensa qualquer meio material para ocorrer.

Fonte: LOPES, S.; ROSSO, S. Ciências da Natureza − água, agricultura e uso da terra. São Paulo: Editora Moderna, 2020.

Na irradiação, o calor é transmitido por ondas eletromagnéticas, principalmente na forma de radiação:

Processos termodinâmicos podem ser estendidos a partículas relativísticas, como um gás de fótons. Considere, por exemplo, uma radiação eletromagnética inicialmente confinada em uma cavidade de volume 𝑉, a qual está em equilíbrio térmico com as paredes da cavidade a uma temperatura 𝑇. Essa radiação se comporta como um gás de fótons, cuja energia interna é dada por

$U=\frac{4\sigma }{c}V{T}^4,$

onde 𝜎 é a constante de Stefan-Boltzmann e 𝑐 é a velocidade da luz no vácuo. A pressão 𝑃 do gás de fótons é um terço da densidade volumétrica de energia 𝑢 = 𝑈/𝑉, ou seja:

$P=\frac{4\sigma }{3c}{T}^4.$

Esse gás de fótons é utilizado como substância de trabalho em um ciclo termodinâmico (𝐴𝐵𝐶𝐷𝐴), composto por dois processos isobáricos e dois processos isocóricos, conforme ilustrado no diagrama 𝑃 𝑣𝑠. 𝑉 abaixo. Calcule a eficiência 𝜂 do ciclo para o gás de fótons.