prova de fsica - Sistema de Ensino Energia

PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 2ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO A
01) No gráfico abaixo, temos uma seqüência de transformações gasosas, que seguem a seguinte ordem: ABCDA.
De acordo com o apresentado, assinale verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmações baseadas no gráfico.
(V) A transformação AB é isotérmica. A energia ganha pelo gás na forma de calor é transformada integralmente na forma
de trabalho.
(F) Na transformação DA, o gás realiza trabalho que é proporcional ao aumento da pressão.
(F) Sabendo que a temperatura T2 vale 300 K, podemos afirmar que a temperatura T1 vale 1200 K.
(F) A transformação CB é uma compressão adiabática, em que a temperatura do gás aumenta devido às trocas de calor com
a vizinhança.
(F) Na transformação cíclica – ABCDA – apresentada, a variação da energia interna é zero (∆U = 0), o que significa que a
temperatura permaneceu constante durante todo o ciclo.
02) No radiador de um carro, a água fica dentro de tubos de metal (canaletas), como na figura abaixo. Com a ajuda de uma
bomba d’água, a água fria do radiador vai para dentro do bloco do motor, circulando ao redor dos cilindros. Na circulação, a
água recebe calor da combustão do motor, sofre aumento de temperatura e volta para o radiador; é então resfriada, trocando
calor com o ar que flui externamente devido ao movimento do carro. Quando o carro está parado ou em marcha lenta, um
termostato aciona um tipo de ventilador (ventoinha), evitando o superaquecimento da água.
A situação descrita evidencia que, no processo de combustão, parte da energia não foi transformada em trabalho para
o carro se mover. Examinando-se as trocas de calor efetuadas, pode-se afirmar:
a) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto maior for o calor trocado, maior será o rendimento do motor.
b) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto menor for o calor trocado, menor será o rendimento do motor.
c) De acordo com a 2ª lei da termodinâmica, toda máquina térmica quente tem aproveitamento total da energia fornecida.
d) A energia liberada pelo radiador corresponde a energia rejeitada pela máquina térmica para a fonte fria.
e) A energia absorvida pelo radiador corresponde a energia rejeitada pela máquina térmica para a fonte quente.
03) Carnot demonstrou que o funcionamento de toda máquina térmica supõe uma fonte quente e uma fonte fria; há então o
transporte de uma quantidade de calor da primeira para a segunda. A “máquina a fogo” é, portanto, comparável ao moinho
de água. Da mesma forma que é preciso uma queda de água para acionar um motor hidráulico, também é necessária uma
“queda” de temperatura para se impulsionar um motor térmico. Foi a partir dessas considerações que Carnot postulou um
princípio fundamental: em uma máquina térmica, funcionando em condições ideais, a uma certa quantidade de calor
fornecido à caldeira corresponde um trabalho recolhido, independentemente dos agentes postos em ação para realizá-lo; esse
trabalho é fixado unicamente pelas quantidades de calor trocadas entre o motor térmico e o ambiente.
Baseado no texto apresentado e no gráfico abaixo, analise as alternativas a seguir:
I. De A para D: Nessa transformação, o gás sofre uma compressão isotérmica. Sua temperatura diminui, mas não ocorre
troca de calor com o meio. O gás realiza trabalho às custas de redução na sua energia interna.
II. De D para C: Nessa transformação, o gás sofre uma compressão isotérmica, recebendo calor da fonte fria Q2 e realizando
trabalho. A energia interna do gás se mantém constante nessa transformação.
III. De C para B: Ocorre uma expansão adiabática. A temperatura do sistema aumenta, mas não ocorre troca de calor com o
meio. O trabalho realizado sobre o sistema provoca aumento na sua energia interna.
IV. De B para A: Nessa transformação, o gás sofre uma compressão isotérmica, completando-se o ciclo. O meio exterior
realiza trabalho sobre o gás, sem que haja variação na sua energia interna. Durante essa transformação, o gás rejeita a
quantidade de calor Q1 para a fonte fria.
V. Se o ciclo fosse A → B → C → D → A, estaria representando uma máquina a vapor.
Estão corretas:
a) I, II e IV.
b) IV e V.
c) I, II e III.
d) Todas estão corretas.
e) Nenhuma está correta.
04) Uma das etapas de funcionamento do motor de combustão interna consiste em uma expansão isobárica. O que podemos
afirmar sobre essa transformação?
a) A temperatura do gás se mantém constante, pois o processo é isobárico.
b) A energia interna do gás diminui, pois as moléculas do gás aumentam de velocidade.
c) O trabalho realizado pelo gás sobre o êmbolo é exatamente igual ao calor recebido pelo gás.
d) O trabalho realizado pelo gás sobre o êmbolo é nulo.
e) O trabalho realizado pelo gás é menor que o calor recebido pelo gás.
2
05) Um gás sofreu uma transformação à pressão constante de 4.103 N/m , em que seu volume se expandiu. 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 essa 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 = 1,5m 3
06) O gráfico abaixo representa o ciclo ABCDA de transformações de uma máquina térmica ideal. Essa máquina troca
6,6 kJ de calor, em cada ciclo, com a fonte quente que se encontra a 800 K de temperatura. Sabendo que essa máquina
efetua 20 ciclos a cada 5 segundos, determine o rendimento e a potência dessa máquina.
τ
τ
τ
τ
τ
(b + B)h
=
2
(3.105 + 19.105 )3.10−3
=
2
5
(22.10 )3.10−3
=
2
2
66.10
=
2
= 3300 J
η=
η=
τ
Q1
3300
6600
η = 0,5
P=
τ
∆t
3300.20
P=
5
P = 3300.4
P =13200W
07) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial A para um estado final C, de acordo com o diagrama p x V
abaixo. Sabendo que, nessa transformação, o gás sofre uma variação na energia interna de ∆U = –15.105 cal, determine o
trabalho associado a essa transformação e diga se nesta o gás ganhou ou perdeu energia na forma de trabalho.
(b + B).h
2
(5.105 + 24.105 ).6
τ=
2
5
(29.10 ).6
τ=
2
τ = 29.105.3
τ=
τ = 87.105 J ⇒ GASTA ENERGIA
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 2ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO B
01) Carnot, depois de realizar uma análise cuidadosa do funcionamento do motor térmico, propôs uma máquina que,
trabalhando com gás aquecido ou resfriado, serviria para medir a quantidade de energia mecânica produzida; permitiria
também calcular a porcentagem de energia térmica transformada em mecânica. O funcionamento dessa máquina englobava
quatro fases, o que hoje é chamado de ciclo de Carnot: a partir de um estado inicial, o sistema expande-se isotermicamente
(absorvendo calor do ambiente) até atingir um segundo estado; a partir deste, a expansão é adiabática, e, conseqüentemente,
a temperatura diminui; daí em diante, o volume do sistema começa a reduzir-se isotermicamente, até alcançar o estado final;
uma compressão adiabática conduz o sistema ao ponto de partida, fechando assim o ciclo.
Baseado no texto apresentado e no gráfico abaixo, analise as afirmativas a seguir:
I. De A para B: Nessa transformação, o gás sofre uma expansão isotérmica, recebendo calor da fonte quente Q1 e trabalho.
A energia interna do gás se mantém constante nessa transformação.
II. De B para C: Nessa transformação, o gás sofre uma expansão adiabática. Sua temperatura diminui, mas não ocorre troca
de calor com o meio. O gás realiza trabalho às custas de redução na sua energia interna.
III. De C para D: Nessa transformação, o gás sofre uma compressão isotérmica. O meio exterior realiza trabalho sobre o
gás, sem que haja variação na sua energia interna. Durante essa transformação, o gás rejeita a quantidade de calor Q2 para a
fonte fria.
IV. De D para A: Ocorre uma compressão adiabática, completando-se o ciclo. A temperatura do sistema aumenta, mas não
acontece troca de calor com o meio. O trabalho realizado sobre o sistema provoca diminuição na sua energia interna.
V. Se o ciclo fosse C → B → A → D → C, estaria representando um refrigerador.
Estão corretas:
a) I, II e IV.
b) I e IV.
c) II, III e V.
d) Todas estão corretas.
e) Nenhuma está correta.
02) No radiador de um carro, a água fica dentro de tubos de metal (canaletas), como na figura abaixo. Com a ajuda de uma
bomba d’água, a água fria do radiador vai para dentro do bloco do motor, circulando ao redor dos cilindros. Na circulação, a
água recebe calor da combustão do motor, sofre aumento de temperatura e volta para o radiador; é então resfriada, trocando
calor com o ar que flui externamente devido ao movimento do carro.
Quando o carro está parado ou em marcha lenta, um termostato aciona
um tipo de ventilador (ventoinha), evitando o superaquecimento da água.
A situação descrita evidencia que, no processo de combustão,
parte da energia não foi transformada em trabalho para o carro se mover.
Examinando-se as trocas de calor efetuadas, pode-se afirmar:
a) A energia liberada pelo radiador corresponde a energia rejeitada pela
máquina térmica para a fonte fria.
b) De acordo com a 2ª lei da termodinâmica, toda máquina térmica
quente tem aproveitamento total da energia fornecida.
c) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto menor for o
calor trocado, menor será o rendimento do motor.
d) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto maior for o
calor trocado, maior será o rendimento do motor.
e) A energia absorvida pelo radiador corresponde a energia rejeitada pela
máquina térmica para a fonte quente.
03) No gráfico abaixo, temos uma seqüência de transformações gasosas que seguem a seguinte ordem: ABCDA.
De acordo com o apresentado, assinale verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmações baseadas no gráfico.
(F) A transformação AB é isotérmica. A energia ganha pelo gás na forma de calor é transformada integralmente na forma de
trabalho.
(F) Na transformação DA, o gás realiza trabalho que é proporcional ao aumento da pressão.
(F) Sabendo que a temperatura T2 vale 300 K, podemos afirmar que a temperatura T1 vale 600 K.
(V) A transformação CB é uma compressão adiabática, em que a temperatura do gás aumenta devido ao trabalho que o
sistema recebe da vizinhança.
(F) Na transformação cíclica – ABCDA – apresentada, a variação da energia interna é zero (∆U = 0), o que significa que a
temperatura permaneceu constante durante todo o ciclo.
04) Uma das etapas de funcionamento do motor de combustão interna consiste em uma contração isobárica. O que podemos
afirmar sobre essa transformação?
a) A temperatura do gás se mantém constante, pois o processo é isobárico.
b) A energia interna do gás diminui, pois as moléculas do gás aumentam de velocidade.
c) O trabalho recebido pelo gás é menor que o calor liberado pelo gás.
d) O trabalho realizado pelo gás sobre o êmbolo é nulo.
e) O trabalho recebido pelo gás sobre o êmbolo é exatamente igual ao calor recebido pelo gás.
05) O gráfico abaixo representa o ciclo ADCBA de transformações de uma máquina térmica ideal. Essa máquina troca
9,9 kJ de calor, em cada ciclo, com a fonte quente que se encontra a 1000 K de temperatura. Sabendo que essa máquina
efetua 20 ciclos a cada 5 segundos, determine o coeficiente de performance e a potência dessa máquina.
τ
τ
τ
τ
τ
(b + B)h
=
2
(3.105 + 19.105 )3.10−3
=
2
5
(22.10 )3.10−3
=
2
2
66.10
=
2
= 3300 J
τ = Q1 − Q2
Q2 = Q1 − τ
Q2 = 9900 − 3300
Q2 = 6600 J
ε=
Q2
τ
6600
3300
ε=2
ε=
P=
τ
∆t
3300.20
P=
5
P = 3300.4
P =13200W
06) Um gás sofre uma transformação indo de um estado inicial A para um estado final C, de acordo com o diagrama p x V
abaixo. Sabendo que, nessa transformação, o gás sofre uma variação na energia interna de ∆U = –15.105 cal, determine o
trabalho associado a essa transformação e diga se nesta o gás ganhou ou perdeu energia na forma de trabalho.
(b + B).h
2
(5.105 + 24.105 ).6
τ=
2
5
(29.10 ).6
τ=
2
τ = 29.105.3
τ=
τ = −87.105 J ⇒ GANHOU ENERGIA
07) Um gás sofreu uma transformação isobárica, em que seu volume se expandiu de 4 m3 para 5,5 m3. Sabendo que, nessa
transformação, ele recebeu 12 kJ de calor e que sua energia interna aumentou em 6.103 J, calcule a pressão na qual ocorreu
essa transformação.
Q = 12000 J
∆V = 1,5m 3
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U = 6.103 J
p=?
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
Q − ∆U
∆V
12000 − 6000
p=
1,5
p=
p = 4000 N / m 2
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 2ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO C
1) Observe o ciclo de Carnot abaixo. Sobre a transformação ABCDA da massa gasosa, assinale V para a(s) afirmativa(s)
verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
(F) A energia interna do gás se mantém constante na transformação BC.
(F) O sistema recebe trabalho na transformação DA, mantendo sua temperatura constante.
(V) Na transformação CD, o gás recebe trabalho, mantendo sua temperatura invariável.
(V) No processo AB, o gás recebe calor da fonte quente.
(F) No processo ABCDA, a temperatura do sistema permaneceu constante.
02) Analise as afirmativas abaixo e assinale aquela que for verdadeira.
a) O coeficiente de performance de uma máquina térmica independe das temperaturas das fontes fria e quente.
b) Durante uma contração gasosa, o sistema recebe trabalho do meio externo e, se a transformação é adiabática, a
temperatura do sistema aumenta.
c) Sempre teremos a realização de trabalho em qualquer processo termodinâmico.
d) Durante uma transformação isobárica, não teremos a realização de trabalho.
e) Nas máquinas frias, a temperatura da fonte fria é maior que a temperatura da fonte quente.
03) Uma máquina térmica fria, operando em ciclos, retira 4800 J de calor da fonte fria e envia 6400 J de calor para a fonte
quente. Sabendo que a máquina fria realiza 90 ciclos em cinco segundos, determine o coeficiente de performance da
máquina e sua potência.
τ = Q1 − Q2
τ = 6400 − 4800
τ =1600 J
ε=
Q2
P=
τ
τ
∆t
1600.90
P=
5
P =1600.18
4800
1600
ε =3
ε=
P = 28800W
3
2
04) Durante uma expansão isobárica, em que o valor da pressão é 4.10 N/m , a massa gasosa recebeu 24 kJ de calor da
fonte quente, fazendo com que sua energia interna sofresse uma variação de 6.103 J. Com essas informações, determine a
variação de volume sofrida pelo gás durante essa transformação.
Q = 24000 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
24000 − 6000
∆V =
4000
∆V =
∆V = 4,5m3
05) Um gás sofre a transformação indicada no gráfico p x V abaixo. Durante a transformação, o gás sofre uma variação de
energia interna de 20.105 cal, baixando sua temperatura. Calcule a quantidade de calor perdida pelo gás durante a
transformação indicada.
(b + B).h
2
(5.105 + 15.105 ).15
τ=
2
5
(20.10 ).15
τ=
2
τ = 10.105.15
τ=
∆U = Q − τ
−80.105 = Q − (−150.105 )
−80.105 −150.105 = Q
Q =−230.105 J
τ = −150.105 J
06) Analise as afirmativas abaixo.
I. Em uma transformação isométrica não existe a realização de trabalho.
II. Num processo adiabático, a massa gasosa não recebe nem cede calor para o meio externo.
III. Calor e trabalho possuem os mesmos valores em uma transformação isobárica.
IV. É possível que uma máquina térmica, operando em ciclos, utilize todo o calor recebido na realização de trabalho.
V. O ciclo de Carnot é um ciclo teórico reversível de rendimento 100%.
Estão corretas as alternativas:
a) I e II.
b) II e III.
c) III e IV.
d) IV e V.
e) III e V.
07) Um sistema termodinâmico formado por um gás ideal sofre uma transformação com as seguintes características:
τ = 0 ∆U = –Q.
Esses dados permitem concluir que:
a) a transformação é adiabática.
b) a temperatura do gás diminui.
c) a transformação é isotérmica.
d) e uma expansão isocórica
e) e uma contração isovolumétrica.
PROVA DE FÍSICA
2º ANO - 2ª MENSAL - 2º TRIMESTRE
TIPO D
01) O gráfico p x V abaixo representa a transformação de uma massa gasosa que recebeu 240 J de calor de uma fonte
calorífica de potência constante. Determine a variação da energia interna sofrida pela massa gasosa.
(b + B).h
2
(10 + 20).10
τ=
2
(30).10
τ=
2
τ = 30.5
τ=
∆U = Q − τ
∆U = 240 −150
∆U = 90 J
τ = 150 J
02) Uma massa gasosa recebeu uma quantidade de calor de 9 kJ e, devido a esse fato, teve um aumento de sua energia
interna de 6.103 J. Sabendo que, durante a transformação isobárica, o volume da massa gasosa sofreu um aumento de 4 m3
para 5,5 m3, determine a pressão em que ocorreu essa transformação.
Q = 9000 J
∆V = 1,5m3
∆U = 6.103 J
p=?
∆U = Q − τ
∆U = Q − p.∆V
∆U − Q = − p.∆V
Q − ∆U = p.∆V
Q − ∆U
∆V
9000 − 6000
p=
1,5
p=
p = 2000 N / m 2
3) Uma máquina térmica quente efetua 120 ciclos em 10 segundos. Em cada ciclo, ela retira 1600 J de calor da fonte quente
e envia para a fonte fria uma certa quantidade de calor. Se o rendimento máximo da máquina térmica é de 60%, determine a
quantidade de calor rejeitada para a fonte fria e a potência total da máquina.
η=
τ
Q1
τ = η. Q1
τ = 0, 6.1600
τ = 960 J
τ = Q1 − Q2
Q2 = Q1 − τ
Q2 = 1600 − 960
Q2 = 640 J
P=
τ
∆t
960.120
P=
10
P = 960.12
P =11520W
04) Analise as afirmativas abaixo e assinale V para a(s) verdadeira(s) e F para a(s) falsa(s).
(V) Em uma transformação isométrica não existe a realização de trabalho.
(V) Num processo adiabático, a massa gasosa não recebe e nem cede calor para o meio externo.
(F) Calor e trabalho possuem os mesmos valores em uma transformação isobárica.
(F) É possível que uma máquina térmica, operando em ciclos, utilize todo o calor recebido na realização de trabalho.
(F) O ciclo de Carnot é um ciclo teórico reversível de rendimento 100%.
05) Observe o ciclo de Carnot abaixo. Sobre a transformação ABCDA da massa gasosa.
I. A energia interna do gás se mantém constante na transformação AB.
II. O sistema recebe trabalho na transformação DA, mantendo sua temperatura constante.
III. Na transformação CD, o gás realiza trabalho, mantendo sua temperatura invariável.
IV. No processo AB, o gás cede calor da fonte quente.
V. No processo ABCDA, a temperatura do sistema permaneceu constante.
Estão corretas as afirmativas:
a)
I e V.
b)
II e IV.
c)
III e V.
d)
I, II e III.
e)
III, IV e V.
06) Um sistema termodinâmico formado por um gás ideal sofre uma transformação com as seguintes características:
τ = Q e ∆U = 0.
Esses dados permitem concluir que:
a) a transformação é adiabática.
b) a temperatura do gás diminui.
c) a transformação é isotérmica.
d) e uma expansão isocórica.
e) e uma contração isovolumétrica.
07) Analise as afirmativas abaixo e assinale aquela que for verdadeira.
a) O coeficiente de performance de uma máquina térmica independe das temperaturas das fontes fria e quente.
b) Durante uma contração gasosa, o sistema recebe trabalho do meio externo e se, a transformação é adiabática, a
temperatura do sistema aumenta.
c) Sempre teremos a realização de trabalho em qualquer processo termodinâmico.
d) Durante uma transformação isobárica, não teremos a realização de trabalho.
e) Nas máquinas frias, a temperatura da fonte fria é maior que a temperatura da fonte quente.