simulado modulo gabarito

Simulado ENEM
1. Um trocador de calor consiste em uma serpentina, pela qual circulam 18 litros de água por
°
minuto. A água entra na serpentina à temperatura ambiente (20 C) e sai mais quente. Com
isso, resfria-se o líquido que passa por uma tubulação principal, na qual a serpentina está
enrolada. Em uma fábrica, o líquido a ser resfriado na tubulação principal é também água, a 85
°
C, mantida a uma vazão de 12 litros por minuto. Quando a temperatura de saída da água da
serpentina for
°
40 C, será possível estimar que a água da tubulação principal esteja saindo a uma
temperatura T de, aproximadamente,
a)
b)
c)
d)
e)
°
75 C
°
65 C
°
55 C
°
45 C
°
35 C
°
2. Dois recipientes iguais A e B, contendo dois líquidos diferentes, inicialmente a 20 C, são
colocados sobre uma placa térmica, da qual recebem aproximadamente a mesma quantidade
°
°
de calor. Com isso, o líquido em A atinge 40 C, enquanto o líquido em B, 80 C. Se os
recipientes forem retirados da placa e seus líquidos misturados, a temperatura final da mistura
ficará em torno de
°
a) 45 C
°
b) 50 C
°
c) 55 C
°
d) 60 C
°
e) 65 C
3. Um pequeno objeto, com carga elétrica positiva, é largado da parte superior de um plano
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inclinado, no ponto A, e desliza, sem ser desviado, até atingir o ponto P. Sobre o plano, estão
fixados 4 pequenos discos com cargas elétricas de mesmo módulo. As figuras representam os
discos e os sinais das cargas, vendo-se o plano de cima. Das configurações a seguir, a única
compatível com a trajetória retilínea do objeto é
4.
Um recipiente de isopor, que é um bom isolante térmico, tem em seu interior água e gelo em
equilíbrio térmico. Num dia quente, a passagem de calor por suas paredes pode ser estimada,
medindo-se a massa de gelo Q presente no interior do isopor, ao longo de algumas horas,
como representado no gráfico. Esses dados permitem estimar a transferência de calor pelo
isopor, como sendo, aproximadamente, de
Calor latente de fusão do gelo ≈ 320 kJ/kg
a) 0,5 kJ/h
b) 5 kJ/h
c) 120 kJ/h
d) 160 kJ/h
e) 320 kJ/h
5. Um termômetro especial, de líquido dentro de um recipiente de vidro, é constituído de um
3
2
°
bulbo de 1cm e um tubo com secção transversal de 1mm . À temperatura de 20 C, o líquido
°
preenche completamente o bulbo até a base do tubo. À temperatura de 50 C o líquido
preenche o tubo até uma altura de 12mm. Considere desprezíveis os efeitos da dilatação do
vidro e da pressão do gás acima da coluna do líquido. Podemos afirmar que o coeficiente de
dilatação volumétrica médio do líquido vale:
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-4 °
-1
a) 3 × 10 C
-4 ° -1
b) 4 × 10 C
-4 ° -1
c) 12 × 10 C
-4 ° -1
d) 20 × 10 C
-4 ° -1
e) 36 × 10 C
TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO:
DADOS:
sen 45° = 0,71; sen 60° = 0,87; cos 60° = 0,50
sen 36,9° = 0,60; cos 36,9° = 0,80
aceleração da gravidade = 10 m / s2
c = velocidade da luz = 3 × 108 m / s
6. Um motor de avião com funcionamento a querosene apresenta o seguinte diagrama por
ciclo.
A energia, que faz a máquina funcionar, provém da queima do combustível e possui um valor
igual a 6,0 × 10 4 J/kg. A quantidade de querosene consumida em cada ciclo, em kg, é
a) 0,070.
b) 0,20.
c) 5,0.
d) 7,5.
e) 15.
7. Um técnico de manutenção de máquinas pôs para funcionar um motor térmico que executa
20 ciclos por segundo. Considerando-se que, em cada ciclo, o motor retira uma quantidade de
calor de 1200 J de uma fonte quente e cede 800 J a uma fonte fria, é correto afirmar que o
rendimento de cada ciclo é
a) 13,3%
b) 23,3%
c) 33,3%
d) 43,3%
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e) 53,3%
8. Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de
uma máquina de Carnot e a razão T2/T1 das temperaturas em que opera a máquina.
O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de
acordo com este ciclo entre duas temperaturas T1 e T2, com T1 maior do que T2, obtém o
máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão
entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório
à temperatura T1.
Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de
Carnot aumenta quando a razão T2/T1 diminui,
º
a) alcançando 100% quando T2 vale 0 C.
b) alcançando 100% quando T1 é muito maior do que T2.
c) alcançando 100% quando a diferença entre T1 e T2 é muito pequena.
d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal.
e) mas nunca alcança 100%.
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Gabarito:
Resposta da questão 1:
[C]
Resolução
Em um minuto: Circulam 18 litros de água na serpentina
40°C
→ 18 kg = 18000 g; T0 = 20°C; T =
Q = m.c.∆T = 18000.1.(40 – 20) = 360000 cal
No mesmo minuto: 12 litros de água a ser resfriada
Q = m.c.∆T
→ 12 kg = 12000 g; T0 = 85°C; T = ?
→ -360000 = 12000.1.(T – 85) → -30 = T – 85 → T = 85 – 30 = 55°C
Resposta da questão 2:
[B]
Resposta da questão 3:
[E]
Resposta da questão 4:
[D]
Resposta da questão 5:
[B]
Resposta da questão 6:
[B]
A análise do diagrama dado permite concluir que a energia total (E) liberada na queima do
combustível é
E = 4.000 + 8.000 ⇒ 12.000 ⇒ E = 1,2 × 104 J.
Como a queima de 1 kg de querosene libera 6 × 10 4 J, temos a massa m desse combustível
consumido em cada ciclo é:
4

1,2 × 10 4
6 × 10 J → 1 kg
m
=
⇒ m = 0,2 kg.

6 × 104
1,2 × 104 J → m kg
Resposta da questão 7:
[C]
Dados: f = 20 Hz; ∆Etotal = 1.200 J; ∆Edissipada = 800 J.
A cada ciclo (período), a energia útil é dada pela diferença entre a energia total e a dissipada.
ΔEútil = ΔEtotal − ΔEdissipada = 1.200 − 800 = 400 J.
O rendimento (η) é dado pela razão entre a energia útil e a total, para um mesmo intervalo de
tempo.
Assim, a cada período:
ΔEútil
400 1
η=
=
=
⇒ η ≅ 33,3%.
ΔEtotal 1200 3
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Resposta da questão 8:
[E]
A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em ciclos entre
uma fonte quente, à temperatura T1, e uma fonte fria, à temperatura T2, consegue transformar
integralmente calor em trabalho. Portanto o rendimento nunca pode chegar a 100%, sendo no
máximo, igual ao da máquina de Carnot.
De fato, analisando o gráfico, vemos que o rendimento seria igual a 100% quando a razão
T2
T1
T2
= 0 ⇒ T2 = 0 . A fonte fria teria que estar a 0 K, o que é um absurdo.
T1
Portanto o rendimento r é sempre menor que 100%.
fosse nula, ou seja:
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