Questões de Concurso sobre Termologia

Tem-se uma esfera metálica oca de raio R à temperatura ambiente. A interseção dessa esfera com um plano é um círculo. Em particular, quando o plano contém o centro C da esfera, o círculo obtido é um “círculo máximo”, de raio igual ao raio R da esfera, como ilustra a figura.

Quando a temperatura sofre uma variação ∆θ, o volume da esfera sofre uma variação ∆V e a área do círculo máximo sofre variação ∆A. No entanto, seja qual for a variação de temperatura ocorrida, a razão $\frac{△V}{△A}$ permanece igual a

Conforme a Segunda Lei da Termodinâmica, para fenômenos macroscópicos ou microscópicos, a entropia sempre aumenta ou permanece a mesma.

Um arquiteto construiu um deck de madeira em uma encosta. Para manter o deck na horizontal, foi necessário apoiá-lo em duas colunas de tamanhos diferentes. A maior é de aço, cujo coeficiente de dilatação linear é α_aço=12.10^-6°C^-1, e tem, à temperatura ambiente, 4,4 m de comprimento.

A menor é de alumínio, cujo coeficiente de dilatação linear é α_Al=22.10-6 ^oC -1 , e tem, à temperatura ambiente, uma altura h, como mostra a figura.

Para que o deck permaneça na horizontal seja qual for a variação de temperatura ocorrida, o comprimento h da coluna de alumínio à temperatura ambiente deve ser de

A Figura 1 ilustra um sistema formado por um paralelepípedo homogêneo, de base quadrada, em repouso e apoiado sobre uma barra, disposta na horizontal e sustentada por dois fios, A e B. Inicialmente, os fios e a barra possuem o mesmo comprimento.

Figura 1

Os fios A e B são feitos de materiais cujos coeficientes de dilatação linear valem, respectivamente, αA e αB. Ao produzir uma variação de temperatura Δθ em todos os elementos desse sistema, observa-se que todos se dilatam, permanecendo os fios na vertical, a barra se inclina e o paralelepípedo fica na iminência de escorregar e, também, tombar em relação à barra, conforme indica a Figura 2.

Figura 2

Nessas condições, e considerando que após a dilatação o paralelepípedo tem altura h, e que sua base quadrada tem aresta b, pode-se afirmar que a razão $\frac{h}{b}$ vale

Em construções em que se tem uma variação de temperatura muito grande é comum utilizar as juntas de dilatação para que o material da construção não sofra rachaduras. O mesmo acontece com os trilhos de uma ferrovia, as juntas de dilatação aparecem para que os trilhos não sofram deformações devido à variação da temperatura. Sendo o comprimento inicial de uma parte de uma ferrovia igual a 150 m para uma temperatura de 25 °C e que o trilho é feito de ferro cujo coeficiente de dilatação linear é igual a 13x10^-6 °C^-1 , o valor final do comprimento do trilho a 35 °C será de:

Sobre a Primeira Lei da termodinâmica, verifica-se que

Boyle pesquisou experimentalmente o comportamento de gases mantidos a temperatura constante nas condições em que eles se comportam como gás ideal (pressões não muito altas e temperaturas não muito baixas).

Assim ele descobriu a lei que descreve, nessas condições, como a pressão de um gás mantido à temperatura constante varia em função do volume ocupado por ele.

Essa lei pode ser expressa, num diagrama p-V, pelo gráfico

Considere uma cascata de 210 m de altura. A água cai de seu ponto mais alto com velocidade desprezível. Suponha uma quantidade de água equivalente a 200 kg colidindo com o solo e que toda a energia cinética que essa água adquire tenha se convertido em calor, aquecendo essa mesma massa de água. Considere todos os atritos e resistências do ar desprezíveis, que a aceleração gravitacional é de 10 m/s² , que o calor específico da água vale c = 1,0 cal/g ºC e que 1 cal = 4,2 J. Nessa situação hipotética, a variação de temperatura dessa quantidade de água seria de

A termodinâmica estuda a troca de matéria e a troca de energia entre sistemas ou entre um sistema e sua vizinhança, pelo processo mecânico de transferência de energia – trabalho – e pelo processo de transferência de energia causado por uma diferença de temperatura – calor. Trabalha com os estados de equilíbrio e com as propriedades macroscópicas que caracterizam os sistemas. É estruturada em quatro princípios conhecidos como leis da termodinâmica: lei zero, associada ao conceito de temperatura; primeira lei, associada ao conceito de energia; segunda lei, associada ao conceito de entropia; e terceira lei, associada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin aproxima-se de zero.

Disponível em: <https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/leis-da-termodinamica/>. Acesso em: 15 ago. 2022, com adaptações.

Acerca das leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.

Na termodinâmica, o modelo mais simples estudado é dos gases ideais ou gases perfeitos, caracterizados pela equação geral dos gases ideais 𝑃. 𝑉 = 𝑛. 𝑅. 𝑇 (em que: P = pressão; V = volume; n = no de moles; R = constante universal dos gases; e T = temperatura absoluta).

Admita: 1 atm = 1,01 x 10⁵ Pa = 1,01 x 10⁵ N.m^-2 e 𝑅 = 8,00 J.mol ⁻¹𝐾⁻¹ = 0,08 L.atm.mol ⁻¹𝐾 ⁻¹ .

O ar contido em uma sala de dimensões 5,00 m x 4,88 m x 3,00 m é considerado um gás ideal, com pressão de 1,0 atm e temperatura de 300 K.

Quantos moles de ar saem da sala caso a temperatura se eleve de 5 ºC e a pressão permaneça constante?

Em uma usina termelétrica, as turbinas são movimentadas

Considere que a pressão inicial é 8P₀, que a transformação AB é isobárica, BC é isocórica e AC é isotérmica. Sendo W_AC o trabalho realizado pelo gás durante a transformação isotérmica e W_ABC o trabalho realizado entre os estados ABC, quanto vale, aproximadamente, a razão $\frac{W_{ABC}}{W_{AC}}$ ?

(Dado: In 2 = 0,69.)

Um experimento pretende analisar o fluxo de calor em um determinado material. Para isso, é utilizada uma caixa cúbica de 10 cm de aresta revestida, com exceção de uma das faces, de um material isolante ideal. A face que não é revestida é feita de um material com condutividade térmica 80 J/s . m . K com 2 cm de espessura. Para determinar o fluxo de calor médio, foram colocados 200 g de água a 5° C dentro da caixa e foi registrado o tempo necessário até que a troca de calor fosse interrompida. Considerando a temperatura ambiente constante e igual a 25° C e 1 cal = 4,2 J, qual será o tempo gasto até que a água entre em equilíbrio térmico com o ambiente?

As escalas absolutas de temperatura de Rankine (Ra) e de Kelvin (K) são grandezas diretamente proporcionais. Assim, se a temperatura de 40 K é exatamente igual a 72 Ra, então 108 Ra é exatamente igual a

Se um sistema térmico opera com uma fonte de calor a 350 °C e um dissipador a 30 °C com uma eficiência térmica de 55 % da eficiência térmica do ciclo de Carnot para as mesmas temperaturas, então, para estas condições, a eficiência térmica do sistema é inferior a 30 %.

Para um processo adiabático envolvendo um gás ideal contendo um volume V e uma temperatura T, qual é o calor da constante?

($\gamma$ = C_p / C_V)

Ao tocarmos um piso de madeira, temos a sensação de que este é mais quente que o piso de ladrilho. É correto afirmar que isso ocorre porque

Uma sala de 6m x 10m x 4m a 10kPa e 27°C contém apenas nitrogênio. Considerando que o N₂ comporta-se como gás Ideal, calcule a quantidade de mols de N₂ e assinale a opção correta.

Dado: $R=8,3\frac{N.m}{mol.K}$

Uma certa máquina térmica tem seu funcionamento exemplificado pelo seguinte diagrama p-V, realizando a sequência 0-1, 1-2, 2-3, 3-4, 4-1 e 1-0.

A partir dessa informação, avalie as seguintes afirmações.

I - O ciclo em questão é também conhecido como ciclo de Carnot.

II - A taxa de compressão volumétrica dessa máquina térmica é dada por p3/p2.

III - O trabalho útil é produzido por essa máquina térmica durante o processo 3-4.

IV - Os processos 0-1 e 1-0 são chamados de admissão e exaustão, respectivamente.

Está correto apenas o que se afirma em

Uma chaleira elétrica é preenchida com 500 g de água e está inicialmente a uma temperatura de 15 ºC. A chaleira tem uma potência de 2 kW. Considerando que o calor específico da água é 4.180 JKg^–1K^–1, o tempo necessário para a chaleira aquecer a água até 100 ºC é: