prova de fsica - Sistema de Ensino Energia

PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 3ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO A
01) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico p x V. No trecho AB, a transformação é
isotérmica.
Analise as afirmações e assinale V para a(s) verdadeira(s) ou F para a(s) falsa(s):
(V) A pressão no ponto A é 2,5.105 N/m2.
(F) No trecho AB, o sistema não troca calor com a vizinhança.
(F) No trecho BC, o trabalho é realizado pelo gás e vale 2,0.104 J.
(V) No trecho CA, não há realização de trabalho.
(V) A temperatura do estado A é igual a do estado B e maior que a do estado C.
02) A respeito do que foi discutido sobre a primeira lei da termodinâmica, analise as afirmativas abaixo.
I. Quando uma massa de gás sofre uma transformação isobárica, ela não sofre uma variação de sua energia interna, mas realiza
trabalho e troca calor com o exterior.
II. Em uma expansão isotérmica, todo o calor fornecido ao sistema é utilizado no trabalho realizado por ele.
III. Numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta, pois o gás realiza trabalho.
IV. Numa contração isobárica de um gás perfeito, a vizinhança recebe mais calor do que realiza trabalho.
V. O fato do trabalho de um gás ser classificado como um trabalho realizado ou recebido depende da variação da sua pressão.
Estão corretas somente.
a) I e II.
b) II e IV.
c) III e IV.
d) IV e V.
e) III e V.
03) No século XIX, o jovem engenheiro francês Nicolas L. Sadi Carnot publicou um pequeno livro – Reflexões sobre a potência
motriz do fogo e sobre os meios adequados de desenvolvê-la – no qual descrevia e analisava uma máquina ideal e imaginária, que
realizaria uma transformação cíclica hoje conhecida como ciclo de Carnot e de fundamental importância para a Termodinâmica.
A respeito do ciclo de Carnot, analise as afirmações abaixo:
I. Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica.
II. Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes térmicas, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior
rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.
III. Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um rendimento
igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho.
IV. O rendimento da máquina de Carnot depende das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.
V. O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.
Estão corretas apenas:
a) I, II e III.
b) II, III e V.
c) III e IV.
d) I e V.
e) II, IV e V.
04) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica; James Watt
introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos!
(ALENCAR, Chico; CAPRI, Lúcia; VENICIO, Marcos. História da sociedade brasileira.)
As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Sobre
essas máquinas, considere as seguintes afirmações e assinale a correta.
a) Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte fria parte do calor retirado da fonte quente.
b) No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante.
c) Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.
d) Um refrigerador funciona como uma máquina térmica operando em sentido inverso, isto é, retira calor da fonte quente e, através
de trabalho realizado por ele, rejeita para a fonte fria.
e) Um dos enunciados possíveis da segunda lei da termodinâmica é: num processo isotérmico, o calor só se transfere dos corpos de
maior temperatura para os corpos de menor temperatura quando ambos estiverem em equilíbrio térmico.
05) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial C até um estado final A, segundo o diagrama p x V abaixo. Sabendo
que nessa transformação o gás cede uma quantidade de calor igual a 200 J, determine a variação de sua energia interna.
τ 2 = b.h
τ total = τ 1 + τ 2
τ 2 = 5.105.0, 2.10−3
τ 2 = −100 J
Q = −200 J
∆U = ?
(b + B)h
τ1 =
2
(1.105 + 5.105 )0, 2.10−3
τ1 =
2
5
(6.10 )0, 2.10−3
τ1 =
2
120
τ1 =
2
τ 1 = −60 J
τ total = τ 1 + τ 2
τ total = −60 − 100
τ total = −160 J
∆U = Q − τ
∆U = − 200 − (− 160)
∆U = − 200 + 160
∆U = − 40 J
06) Uma máquina térmica ideal, cuja fonte fria está a 27 °C, apresenta um rendimento de 40%. Aumentando a temperatura da fonte
quente em 900 °C, determine qual o novo rendimento da máquina térmica.
η = 1−
T2
T1
T
0, 4 − 1 = − 2
T1
300
−0, 6 = −
T1
300
T1 =
0, 6
T1 = 500 K
η = 1−
T1 ' = T1 + 900
T1 ' = 500 + 900
T1 ' = 1400 K
T2
T1
300
1400
η = 1 − 0, 21
η = 1−
η = 0, 79
η = 79%
07) Um gás sofreu uma transformação à pressão constante de 4.103 N/m2, em que seu volume contraiu. Sabendo que nessa
transformação ele cedeu 12 kJ de calor e que sua energia interna diminuiu em 6.103 J, calcule a variação do volume que o gás sofreu
durante a transformação.
Q = −12000 J
∆V = ?
∆U = −6.103 J
p = 4000 N / m 2
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
Q − ∆U
p
−12000 − (−6000)
∆V =
4000
∆V =
∆V = −1,5m3
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 3ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO B
01) No século XIX, o jovem engenheiro francês Nicolas L. Sadi Carnot publicou um pequeno livro – Reflexões sobre a potência
motriz do fogo e sobre os meios adequados de desenvolvê-la – no qual descrevia e analisava uma máquina ideal e imaginária, que
realizaria uma transformação cíclica hoje conhecida como ciclo de Carnot e de fundamental importância para a termodinâmica.
A respeito do ciclo de Carnot, analise as afirmações e assinale V para a(s) verdadeira(s) ou F para a(s) falsa(s):
(F) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da termodinâmica.
(V) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes térmicas, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior
rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.
(F) Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um rendimento
igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho.
(V) O rendimento da máquina de Carnot depende das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.
(V) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.
02) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica; James Watt
introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos!
(ALENCAR, Chico; CAPRI, Lúcia; VENICIO, Marcos. História da sociedade brasileira.)
As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Sobre
essas máquinas, considere as seguintes afirmações e assinale a correta.
a) Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte quente parte do calor retirado da fonte fria.
b) No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante.
c) Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.
d) Um refrigerador funciona como uma máquina térmica quente operando em sentido inverso, isto é, retira calor da fonte fria e,
através de trabalho realizado sobre ele, rejeita para a fonte quente.
e) Um dos enunciados possíveis da segunda lei da termodinâmica é: num processo isotérmico, o calor só se transfere dos corpos de
maior temperatura para os corpos de menor temperatura quando ambos estiverem em equilíbrio térmico.
03) A respeito do que foi discutido sobre a primeira lei da termodinâmica, analise as afirmativas abaixo.
I. Quando uma massa de gás sofre uma transformação isobárica, ela não sofre uma variação de sua energia interna, mas realiza
trabalho e troca calor com o exterior.
II. O fato do trabalho de um gás ser classificado como um trabalho realizado ou recebido depende da variação da sua pressão.
III. Numa contração isobárica de um gás perfeito, a vizinhança recebe mais calor do que realiza trabalho.
IV. Numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta, pois o gás realiza trabalho.
V. Em uma expansão isotérmica, todo o calor fornecido ao sistema é utilizado no trabalho realizado por ele.
Estão corretas somente.
a) I e II.
b) II e IV.
c) III e IV.
d) IV e V.
e) III e V.
04) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico p x V. No trecho AB, a transformação é
isotérmica. Com base no gráfico, analise as afirmações a seguir.
I. A pressão no ponto A é 2,5.104 N/m2.
II. No trecho AB o sistema não troca calor com a vizinhança.
III. No trecho BC o trabalho é realizado sobre o gás e vale 2,0.104 J.
IV. No trecho CA não há realização de trabalho.
V. A temperatura do estado A é igual a do estado B e maior que a do estado C.
Estão corretas apenas:
a) I, II e III.
b) III, IV e V.
c) III e IV.
d) I e V.
e) II, IV e V.
05)Um gás sofreu uma expansão à pressão constante de 4.103 N/m2. Sabendo que nessa transformação ele recebeu 12 kJ de calor e
que sua energia interna aumentou em 6.103 J, calcule a variação do volume que o gás sofreu durante a transformação.
Q = 12000 J
∆V = ?
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U = 6.103 J
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
p = 4000 N / m 2
Q − ∆U
p
12000 − 6000
∆V =
4000
∆V =
∆V = 1,5m3
06) Uma máquina térmica ideal, cuja fonte fria está a 17 °C, apresenta um rendimento de 30%. Aumentando a temperatura da fonte
quente em 647 °C, determine qual o novo rendimento da máquina térmica.
η = 1−
T2
T1
T
0,3 − 1 = − 2
T1
290
−0, 7 = −
T1
290
T1 =
0, 7
η = 1−
T1 ' = T1 + 647
T1 ' = 414,3 + 647
T1 ' = 1061,3K
T1 = 414,3K
T2
T1
290
1061,3
η = 1 − 0, 27
η = 1−
η = 0, 73
η = 73%
07) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial C até um estado final A, segundo o diagrama p x V abaixo. Sabendo
que nessa transformação o gás cede uma quantidade de calor igual a 400 J, determine a variação de sua energia interna.
τ total = τ 1 + τ 2
Q = −400 J
∆U = ?
(b + B)h
τ1 =
2
(1.105 + 5.105 )0, 2.10−3
τ1 =
2
5
(6.10 )0, 2.10−3
τ1 =
2
120
τ1 =
2
τ 1 = −60 J
τ 2 = b.h
τ 2 = 5.105.0, 2.10−3
τ 2 = −100 J
τ total = τ 1 + τ 2
τ total = −60 − 100
τ total = −160 J
∆U = Q − τ
∆U = − 400 − (− 160)
∆U = − 400 + 160
∆U = − 240 J
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 3ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO C
01) Um sistema constituído por uma certa massa gasosa sofre quatro transformações sucessivas, AB, BC, CD e DA, conforme
mostra o diagrama p x V abaixo. De acordo com o gráfico abaixo analise as afirmações e assinale V para a(s) verdadeira(s) ou F
para a(s) falsa(s):
(V) Na transformação AB, o sistema absorveu calor da vizinhança.
(V) Não houve variação da energia interna do sistema na transformação BC.
(F) Na transformação DA, o sistema absorveu calor da vizinhança.
(F) Na transformação AB o gás recebeu um trabalho de 6.102 J.
(V) Na transformação AB, o calor que o sistema absorveu foi maior do que o trabalho que ele realizou.
02) A respeito do que foi discutido sobre a primeira lei da termodinâmica, analise as afirmativas abaixo.
I. Sempre que um gás recebe calor, sua temperatura sofre um acréscimo.
II. Em uma transformação isotérmica, o sistema não troca calor com o meio externo.
III. Numa compressão adiabática, a temperatura do sistema aumenta, pois a vizinhança realiza trabalho.
IV. A variação da energia interna de um sistema termodinâmico é dada pela diferença entre a energia trocada com a vizinhança, na
forma de calor, e o trabalho realizado pelo sistema, ou sobre o sistema.
V. Numa contração isobárica de um gás perfeito, a vizinhança recebe mais calor do que realiza trabalho.
Estão corretas somente:
a) III, IV e V.
b) II e III.
c) I e IV.
d) IV e V.
e) III e IV.
03) No século XIX, o jovem engenheiro francês Nicolas L. Sadi Carnot publicou um pequeno livro - Reflexões sobre a potência
motriz do fogo e sobre os meios adequados de desenvolvê-la – no qual descrevia e analisava uma máquina ideal e imaginária, que
realizaria uma transformação cíclica hoje conhecida como ciclo de Carnot e de fundamental importância para a termodinâmica.
A respeito do ciclo de Carnot, analise as afirmações abaixo.
I. O ciclo de Carnot é um ciclo reversível e, num diagrama p x V (pressão por volume), é representado por duas curvas adiabáticas e
duas isobáricas.
II. É impossível para um dispositivo que opere em ciclos transformar integralmente calor em trabalho.
III. Uma máquina térmica, que operasse de acordo com o ciclo de Carnot, poderia ter um rendimento de 100%, apenas quando a
temperatura da fonte quente se aproximasse do zero absoluto, isto é, T2 = 0 K.
IV. Uma máquina térmica, que trabalhe em ciclos, pode ter um rendimento igual ou superior a uma máquina de Carnot (isto é,
aquela que opera obedecendo a um ciclo de Carnot) apenas quando a razão entre as temperaturas das fontes quente e fria for muito
próxima de 100.
V. Um refrigerador de Carnot funciona como uma máquina térmica quente, operando em sentindo inverso, isto é, retira calor da
fonte fria e, através de trabalho realizado sobre ele, rejeita para a fonte quente.
Estão corretas somente:
a) I e V.
b) II e III.
c) III e IV.
d) IV e V.
e) II e V.
04) De acordo com a segunda lei da termodinâmica, assinale a alternativa correta.
a) Para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma
fonte fria e ceder parte dele a uma fonte quente.
b) A segunda lei da termodinâmica não se aplica aos refrigeradores, porque esses transferem calor da fonte fria para a fonte quente.
c) A importância do ciclo de Carnot reside no fato de ser o ciclo de rendimento igual a 100%.
d) É possível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo
em uma quantidade equivalente de trabalho.
e) O rendimento das máquinas térmicas quentes é definido como a razão entre o trabalho realizado pela máquina e a energia total
fornecida a ela.
05) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial C até um estado final A, segundo o diagrama p x V abaixo. Sabendo
que nessa transformação o gás cede uma quantidade de calor igual a 150 J, calcule a variação de sua energia interna.
τ total = τ 1 + τ 2
τ 2 = b.h
Q = −150 J
∆U = ?
τ 2 = 6.105.0, 2.10−3
τ 2 = −120 J
(b + B)h
2
(1.105 + 6.105 )0, 2.10−3
τ1 =
2
5
(7.10 )0, 2.10−3
τ1 =
2
140
τ1 =
2
τ 1 = −70 J
τ1 =
τ total = τ 1 + τ 2
τ total = −70 − 120
τ total = −190 J
∆U = Q − τ
∆U = −150 − (−190)
∆U = −150 + 190
∆U = 40 J
06) Uma máquina térmica ideal, cuja fonte fria está a –33 °C, apresenta um rendimento de 40%. Aumentando a temperatura da
fonte quente em 800 °C, determine o novo rendimento da máquina térmica.
η = 1−
T2
T1
T
0, 4 − 1 = − 2
T1
240
−0, 6 = −
T1
240
T1 =
0, 6
T1 = 240 K
η = 1−
T1 ' = T1 + 800
T1 ' = 400 + 800
T1 ' = 1200 K
T2
T1
240
1200
η = 1 − 0, 2
η = 1−
η = 0,8
η = 80%
07) Uma certa massa gasosa está sob pressão de 3000 N/m2 quando é brutalmente resfriada retirando-se dela 7600 J de calor.
Sabendo que o módulo da variação da energia interna é de 4000 J, determine a variação do volume da massa gasosa para que a
pressão permaneça constante.
Q = −7600 J
∆V = ?
∆U = −4000 J
p = 3000 N / m 2
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
Q − ∆U
p
−7600 − (−4000)
∆V =
3000
∆V =
∆V = −1, 2m3
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 3ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO D
01) De acordo com a segunda lei da termodinâmica, assinale a alternativa correta.
a) Para produzir trabalho continuamente, uma máquina térmica, operando em ciclos, deve necessariamente receber calor de uma
fonte fria e ceder parte dele a uma fonte quente.
b) A segunda lei da termodinâmica se aplica aos refrigeradores, porque esses transferem calor da fonte fria para a fonte quente.
c) A importância do ciclo de Carnot reside no fato de ser o ciclo de rendimento igual a 100%.
d) É possível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo
em uma quantidade equivalente de trabalho.
e) O rendimento das máquinas térmicas quentes é definido como o produto entre o trabalho realizado pela máquina e a energia total
fornecida a ela.
02) A respeito do que foi discutido sobre a primeira lei da termodinâmica, analise as alternativas abaixo e assinale V para a(s)
verdadeira(s) ou F para a(s) falsa(s):
(F) Sempre que um gás recebe calor, sua temperatura sofre um acréscimo.
(F) Em uma transformação isotérmica, o sistema não troca calor com o meio externo.
(V) Numa compressão adiabática, a temperatura do sistema aumenta, pois a vizinhança realiza trabalho.
(V) A variação da energia interna de um sistema termodinâmico é dada pela diferença entre a energia trocada com a vizinhança, na
forma de calor, e o trabalho realizado pelo sistema, ou sobre o sistema.
(V) Numa contração isobárica de um gás perfeito, a vizinhança recebe mais calor do que realiza trabalho.
03) Um sistema constituído por uma certa massa gasosa sofre quatro transformações sucessivas, AB, BC, CD e DA, conforme
mostra o diagrama p x V abaixo. De acordo com o gráfico, analise as afirmações.
I. Na transformação AB, o sistema absorveu calor da vizinhança.
II. Não houve variação da energia interna do sistema na transformação BC.
III. Na transformação DA, o sistema absorveu calor da vizinhança.
IV. Na transformação AB, o gás recebeu um trabalho de 6.102 J.
V. Na transformação AB, o calor que o sistema absorveu foi maior do que o trabalho que ele realizou.
Estão corretas somente:
a) III, IV e V.
b) I, II e V.
c) I, III e IV.
d) I, II e IV.
e) II, III e V.
04) No século XIX, o jovem engenheiro francês Nicolas L. Sadi Carnot publicou um pequeno livro – Reflexões sobre a potência
motriz do fogo e sobre os meios adequados de desenvolvê-la – no qual descrevia e analisava uma máquina ideal e imaginária, que
realizaria uma transformação cíclica hoje conhecida como ciclo de Carnot e de fundamental importância para a termodinâmica.
A respeito do ciclo de Carnot, analise as afirmativas abaixo.
I. O ciclo de Carnot é um ciclo reversível, e num diagrama p x V (pressão por volume) é representado por duas curvas adiabáticas e
duas isocóricas.
II. É impossível, para um dispositivo que opere em ciclos, transformar integralmente calor em trabalho.
III. Uma máquina térmica que opere de acordo com o ciclo de Carnot pode ter um rendimento de 100% apenas quando a
temperatura da fonte quente se aproximar do zero absoluto, isto é, T2 = 0 K.
IV. Um refrigerador de Carnot funciona como uma máquina térmica quente operando em sentido inverso, isto é, retira calor da fonte
fria e, através de trabalho realizado sobre ele, rejeita para a fonte quente.
V. Uma máquina térmica que trabalhe em ciclos pode ter um rendimento igual ou superior a uma máquina de Carnot (isto é, aquela
que opera obedecendo a um ciclo de Carnot) apenas quando a razão entre as temperaturas das fontes quente e fria for muito próxima
de 100.
Estão corretas apenas:
a) III e V.
b) II e III.
c) III e IV.
d) I e IV.
e) II e IV.
05) Uma certa massa gasosa está sob pressão de 3000 N/m2 quando é brutalmente resfriada retirando-se dela 6400 J de calor.
Sabendo que o módulo da variação da energia interna é de 3000 J, determine a variação do volume da massa gasosa para que a
pressão permaneça constante.
Q = −6400 J
∆V = ?
∆U = −3000 J
p = 3000 N / m 2
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
Q − ∆U
p
−3000 − (−6400)
∆V =
3000
∆V =
∆V = 1,13m3
06) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial C até um estado final A, segundo o diagrama p x V abaixo. Sabendo
que nessa transformação o gás cede uma quantidade de calor igual a 120 J, calcule a variação de sua energia interna.
τ total = τ 1 + τ 2
Q = −120 J
∆U = ?
(b + B)h
2
(1.105 + 6.105 )0, 2.10−3
τ1 =
2
5
(7.10 )0, 2.10−3
τ1 =
2
140
τ1 =
2
τ 1 = −70 J
τ1 =
τ 2 = b.h
τ 2 = 6.105.0, 2.10−3
τ 2 = −120 J
τ total = τ 1 + τ 2
τ total = −70 − 120
τ total = −190 J
∆U = Q − τ
∆U = −120 − (−190)
∆U = −120 + 190
∆U = 70 J
07) Uma máquina térmica ideal, cuja fonte fria está a –33 °C, apresenta um rendimento de 80%. Aumentando a temperatura da
fonte quente em 800 °C, determine o novo rendimento da máquina térmica.
η = 1−
T2
T1
T
0,8 − 1 = − 2
T1
240
−0, 2 = −
T1
240
T1 =
0, 2
T1 = 1200 K
η = 1−
T1 ' = T1 + 800
T1 ' = 1200 + 800
T1 ' = 2000 K
T2
T1
240
2000
η = 1 − 0,12
η = 1−
η = 0,88
η = 88%