Resolução comentada

Física
Questão 1
Pedro queria conectar um gerador elétrico a um motor
elétrico: ao movimentar o gerador inicialmente, este
produziria energia elétrica para o motor funcionar;
funcionando o motor, movimentaria o gerador para produzir
mais energia elétrica e assim sucessivamente. Por que isso
não poderia funcionar?
a)
b)
c)
d)
e)
A tecnologia atual ainda não produziu um motor
com 100% de rendimento, embora seja possível
no futuro.
Não é possível transformar energia de uma
forma em outra, por processos mecânicos ou
térmicos, sem haver perdas de energia.
O atrito do motor e do gerador faria com o
motor se aquecesse até a fusão.
Isso só seria possível se o gerador tivesse
rendimento de 100%, independendo do
rendimento do motor.
Isso só seria possível se o motor tivesse
rendimento de 100%, independente do
rendimento do gerador.
própria energia interna para realizar o trabalho, diminuindo,
portanto sua temperatura. Matematicamente temos:
Mas
(não há trocas de calor), então:
ou seja, a variação da energia interna é negativa pois o
trabalho é positivo.
Alternativa a.
Questão 3
O motor a combustão interna de 4 tempos usa
transformações gasosas para transformar calor em trabalho.
O tempo no qual o trabalho é realizado é:
a)
b)
c)
d)
Resolução comentada:
Para atingir o objetivo de Pedro, seria necessário que o
gerador transformasse 100% do trabalho recebido do motor
em energia elétrica e que o motor transformasse 100% da
energia elétrica recebida em trabalho. Mas a 2ª lei da
termodinâmica proíbe tais rendimentos, não sendo apenas
um impedimento tecnológico, pois na transformação da
energia sempre há dissipações. O rendimento de uma
máquina sempre será menor que 100%.
Alternativa b.
Questão 2
A primeira lei da termodinâmica nada mais é do que a lei da
conservação de energia aplicada às transformações gasosas.
Por isso, ao soprar “fazendo biquinho”, o ar esfria. A
explicação desse fenômeno é a seguinte:
a)
b)
c)
d)
e)
O ar se expande rapidamente, realizando
trabalho contra a atmosfera, usando sua própria
energia.
O ar ganha energia da atmosfera ao se
expandir adiabaticamente.
Por ser uma transformação adiabática, a
temperatura só pode diminuir.
O ar perde calor para a atmosfera a medida que
se expande lentamente.
É um fenômeno psicológico, pois na verdade a
temperatura é a mesma do corpo humano,
36,5°C.
Resolução comentada:
O ar sai da boca (“biquinho”) sob alta pressão e comprimido,
expandindo-se rapidamente. Ao se expandir utiliza sua
e)
o primeiro, pois a pressão é constante.
o segundo, pois o combustível está sendo
comprimido adiabaticamente.
o terceiro, durante a explosão, pois a energia está
sendo liberada.
o terceiro, após a explosão, quando o gás se
expande adiabaticamente.
o quarto, durante a após a abertura da válvula e
escape dos gases.
Resolução comentada:
A explosão ocorre rapidamente, tão rápido que o pistão mal
se move: trata-se de uma transformação isovolumétrica onde
não se realiza trabalho. Mas após a explosão e pressão está
muito alta e empurra rapidamente o pistão para baixo; é
neste momento que o gás realiza o trabalho para girar o
virabrequim. Essa é a 2ª parte do terceiro tempo.
Alternativa d.
Questão 4
A etapa principal da geladeira, responsável por ela fazer o
calor fluir do frio para o quente, é:
a)
b)
c)
d)
e)
a compressão adiabática do gás no motor.
a circulação do gás na serpentina, fazendo-o
perder calor.
a expansão adiabática do gás na válvula.
a circulação do gás no congelador, fazendo-o
receber calor.
nenhuma das alternativas acima está correta.
Resolução comentada:
A principal etapa da geladeira é esfriar o gás, que se dá na
etapa da expansão do gás ao passar pela válvula que nada
mais é do que um tubo muito fino: ao passar por ali o gás
expande rapidamente (transformação adiabática), realizando
trabalho à custa de sua própria energia interna. Por isso
esfria.
Alternativa c.
Questão 5
[ENEM 2011]
Um motor só poderá realizar trabalho se receber
uma quantidade de energia de outro sistema. No
caso, a energia armazenada no combustível é, em
parte, liberada durante a combustão para que o
aparelho possa funcionar. Quando o motor
funciona, parte da energia convertida ou
transformada na combustão não pode ser utilizada
para a realização de trabalho. Isso significa dizer
que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que
ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes
de a
A) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
D) transformação de energia térmica em cinética ser
impossível.
E) utilização de energia potencial do combustível ser
incontrolável.
Resolução comentada:
A segunda lei da termodinâmica diz que para transformar
calor em trabalho, é necessário fluxo de calor de uma fonte
quente para uma fonte fria. Uma parte desse fluxo é
desviada e transformada em trabalho. O restante, que vai
para a fonte fria, é energia cujo potencial de utilização se
perdeu. É impossível produzir o trabalho sem o fluxo de
energia para a fonte fria, portanto sempre haverá a
dissipação de energia.
Por isso é impossível transformar todo o calor em trabalho.
Alternativa c.
Questão 6
[ENEM 2009, 2ª aplicação]
A eficiência de um processo de conversão de energia,
definida como sendo a razão entre a quantidade de energia
ou trabalho útil e a quantidade de energia que entra no
processo, é sempre menor que 100% devido a limitações
impostas por leis físicas. A tabela a seguir, mostra a eficiência
global de vários processos de conversão.
Se essas limitações não existissem, os sistemas mostrados na
tabela, que mais se beneficiariam de investimentos em
pesquisa para terem suas eficiências aumentadas, seriam
aqueles que envolvem as transformações de energia.
(A) mecânica energia elétrica.
(B) nuclear energia elétrica.
(C) química energia elétrica.
(D) química  energia térmica.
(E) radiante  energia elétrica.
Resolução comentada:
Olhando para a tabela, se pudermos aumentar a eficiência
indefinidamente, o sistema que mais se beneficiaria seria o
da lâmpada incandescente, que transforma energia elétrica
em energia radiante (luz e radiação infravermelha). Mas não
consta essa opção, até porque as lâmpadas incandescentes
já foram substituídas em eficiência pelas lâmpadas
fluorescentes.
Em segundo lugar, o sistema que mais se beneficiaria seria o
de células solares, que transformam a energia radiante do sol
em energia elétrica. Aumento nessa eficiência significa
energia limpa, segura e renovável com menor custo, já que a
energia solar é abundante.
Alternativa correta: e.
Questão 7
[Fuvest 2011, 1ª fase]
Em uma sala fechada e isolada termicamente, uma geladeira,
em funcionamento, tem, num dado instante, sua porta
completamente aberta. Antes da abertura dessa porta, a
temperatura da sala é maior que a do interior da geladeira.
Após a abertura da porta, a temperatura da sala,
a) diminui até que o equilíbrio térmico seja estabelecido.
b) aumenta continuamente enquanto a porta permanecer
aberta.
c) diminui inicialmente, mas, posteriormente, será maior do
que quando a porta foi aberta.
d) aumenta inicialmente, mas, posteriormente, será menor
do que quando a porta foi aberta.
e) não se altera, pois se trata de um sistema fechado e
termicamente isolado.
Resolução comentada:
A geladeira absorve o calor do seu interior e por meio da
realização de trabalho, rejeita esse calor mais a energia do
trabalho realizado para o ambiente. A geladeira vai
reabsorver esse calor e rejeitá-lo novamente, num ciclo
vicioso interminável. Logo a temperatura da sala aumentará
continuamente pois a cada ciclo a geladeira absorve calor e o
devolve com a adição do trabalho realizado pelo motor,
trabalho este obtido com a energia elétrica que a alimenta.
Alternativa c.
Questão 9
[Unesp 2008, Geral]
Alternativa b.
Questão 8
[Unesp 2009, meio de ano, “Exatas” - adaptada]
O gráfico da pressão (P) em função do volume (V) representa
a transformação gasosa AB sofrida por uma determinada
amostra de gás ideal. Sabe-se que V2 = 2V1, P2 = 2 P1 e que,
em A, a temperatura absoluta do gás é T1. Determine o
trabalho realizado pelo gás, em função de P1 e V1, e sua
temperatura em B, em função de T1.
Um recipiente contendo um certo gás tem seu volume
aumentado graças ao trabalho de 1664 J realizado pelo gás.
Neste processo, não houve troca de calor entre o gás, as
paredes e o meio exterior. Considerando que o gás seja
ideal, a energia de 1 mol desse gás e a sua temperatura
obedecem à relação U = 20,8T, onde a temperatura T é
medida em kelvins e a energia U em joules. Pode-se afirmar
que nessa transformação a variação de temperatura de um
mol desse gás, em kelvins, foi de
a) 50.
b) – 60.
c) – 80.
d) 100.
e) 90.
Resolução comentada:
a)
e
b)
e
c)
e
d)
e
e)
(
)
e
Resolução comentada:
Alternativa c.
Basta calcular a área:
Questão 10
[Unesp 2005, Geral]
Um gás ideal é submetido às transformações AB, BC,
CD e DA, indicadas no diagrama PxV apresentado na
figura.
A área do trapézio é dada por
(
)
onde o trapézio em questão está virado 90° e portanto:
Então:
(
(
)(
)(
)
)
Com base nesse gráfico, analise as afirmações.
Resolução comentada:
Durante a transformação AB, a energia
interna se mantém inalterada.
Correto pois se o gás segue o caminho da isoterma sua
temperatura é constante e portanto sua energia interna
também (a temperatura está relacionada à agitação
molecular).
I.
E a temperatura:
II.
A temperatura na transformação CD é menor
do que a temperatura na transformação AB.
Correto pois a isoterma de AB está acima da isoterma
de CD.
III.
Na transformação DA, a variação de energia
interna é igual ao calor absorvido pelo gás.
Essa transformação é isovolumétrica, então o trabalho é
zero:
Então a afirmativa está correta.
Alternativa E.
Dessas três afirmações, estão corretas:
(A) I e II, apenas.
(B) III, apenas.
(C) I e III, apenas.
(D) II e III, apenas.
(E) I, II e III.