Simulado - Resolução Comentada 16 - 30

16. (U. Mackenzie-SP)

Durante a realização de certo experimento, um pesquisador necessitou de água líquida a 0 ºC. Para obtê-la, pegou um recipiente contendo 400 cm³ de água, que estava no interior de um refrigerador, à temperatura de 5 ºC. Em seguida, dispondo de “pedrinhas” de gelo (água sólida) a –20 ºC, com 5,0 g de massa cada uma, misturou algumas delas à água do recipiente e atingiu o seu objetivo. Desprezando-se as possíveis trocas de calor com o meio ambiente e considerando os dados da tabela acima, conclui-se que o número mínimo de “pedrinhas” de gelo misturadas à água do recipiente foi
A) 4
B) 5
C) 15
D) 36
E) 45
Resolução:

Q_água + Q_gelo + Q_fusão = 0
400.1.(0-5) + M.0,5.[0-(-20)] + M.80 = 0
-2000 +10.M + 80.M = 0
90.M = 2000 => M = 200/9 g
Cada pedrinha de gelo tem massa igual a 5,0 g. O numero de pedrinha será:
n = M/5 => n = (200/9)/5 => n = 4,44

Alternativa: B

17. (FUVEST-SP)
Um aquecedor elétrico é mergulhado em um recipiente com água a 10 ºC e, cinco minutos depois, a água começa a ferver a 100 ºC. Se o aquecedor não for desligado, toda a água irá evaporar e o aquecedor será danificado. Considerando o momento em que a água começa a ferver, a evaporação de toda a água ocorrerá em um intervalo de aproximadamente
A) 5 minutos.
B) 10 minutos.
C) 12 minutos.
D) 15 minutos.
E) 30 minutos.
Calor específico da água = 1,0 cal/g.ºC
Calor de vaporização da água = 540 cal/g
Desconsidere perdas de calor para o recipiente, para o ambiente e para o próprio aquecedor.
Resolução:

Calor fornecido pelo aquecedor:
Pot = Q₁/Δt₁ = Q₂/Δt₂ => m.c.Δθ/Δt₁ = m.L_V/Δt₂ => 1,0.90/5 = 540/Δt₂

Δt₂ = 30 minutos.

Alternativa: E

18. (CEFET-SP)
O morador da cidade de São Paulo, relativamente àquele que mora no litoral, pode economizar gás de cozinha toda manhã, ao ferver a água para o café. De fato, em São Paulo, a água ferve a cerca de 98 ºC, diferente do litoral, onde ela ferve a 100 ºC. Se a água que sai da torneira, em ambos os lugares, estiver inicialmente a 20 ºC, a energia economizada pelo paulistano para que 800 mL de água atinjam a temperatura de ebulição é, em cal, relativamente ao santista,
Dados: densidade da água = 1 g/mL
calor específico da água = 1 cal/(g.ºC)
A) 1 600.
B) 1 800.
C) 2 400.
D) 3 400.
E) 7 850.
xResolução:

Quantidade de calor (Q_SP) para aquecer a água em São Paulo:
Q_SP = m.c.Δθ => Q_SP = 800.1.(98-20) => Q_SP = 62400 cal
Quantidade de calor (Q_Lit) para aquecer a água em Santos:
Q_Lit = m.c.Δθ => Q_Lit = 800.1.(100-20) => Q_Lit = 64000 cal
Energia economizada pelo paulistano: E = Q_SP - Q_Lit =>
E = (64000 - 62400) cal => E = 1600 cal

Alternativa: A

19. (UECE)
Observando o diagrama de fase PT mostrado a seguir

Pode-se concluir, corretamente, que uma substância que passou pelo processo de sublimação segue a trajetória
A) X ou Y.
B) Y ou U.
C) U ou V.
D) V ou X.
Resolução:

Na sublimação a substância passa do estado sólido para o gasoso (e vice-versa) sem passar pela fase líquida. No gráfico isso ocorre nos caminhos Y e U.

Alternativa: B

20. (UFMG)
Depois de assar um bolo em um forno a gás, Zulmira observa que ela queima a mão ao tocar no tabuleiro, mas não a queima ao tocar no bolo. Considerando-se essa situação, é CORRETO afirmar que isso ocorre porque
A) a capacidade térmica do tabuleiro é maior que a do bolo.
B) a transferência de calor entre o tabuleiro e a mão é mais rápida que entre o bolo e a mão.
C) o bolo esfria mais rapidamente que o tabuleiro, depois de os dois serem retirados do forno.
D) o tabuleiro retém mais calor que o bolo.
Resolução:

Ao tocarmos dois objetos à mesma temperatura, a sensação térmica será diferente se houver variação na velocidade da troca de calor. Assim, uma maçaneta de ferro parecerá mais fria do que uma porta de madeira, pois o ferro (bom condutor de calor) retira calor de nossa mão mais rápido do que a madeira. (isolante)

Alternativa: B

21. (UEMS)
Certa quantidade de gás ideal, contida num recipiente de volume 2 litros, tem uma temperatura de 27 ºC, sob uma pressão de 1,5 atm. Essa mesma quantidade de gás, se colocada num recipiente de volume 1 litro, sob uma pressão de 2 atm, terá uma temperatura de:
A) -63 ºC
B) -73 ºC
C) -83 ºC
D) -93 ºC
E) -103 ºC

Resolução:

P₁.V₁/T₁ = P₂.V₂/T₂ => 1,5.2/300 = 2.1/T₂ =>
T₂ = 200 K => -73 ºC

Alternativa: B

22. (UFPB)
Um gás ideal sofre três processos termodinâmicos na seguinte seqüência: dilatação isotérmica, compressão isobárica e transformação isocórica. Esses processos estão representados no diagrama PV (Pressão × Volume) abaixo.

Nessas circunstâncias, o diagrama VT (Volume × Temperatura) correspondente é:

Resolução:

No diagrama V x T, temos:
dilatação isotérmica => segmento de reta paralelo ao eixo V
compressão isobárica => segmento de reta cujo prolongamento passa
pela origem (0 K)
transformação isocórica => segmento de reta paralelo ao eixo T

Alternativa: C

23. (UFMA)
De acordo com a primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna (ΔU) igual à diferença entre o calor trocado com o ambiente (Q) e o trabalho realizado no processo termodinâmico (τ). Dessa forma, qual o valor de ΔU quando um gás ideal passa por transformações do tipo: isotérmica, isobárica, isométrica, adiabática e cíclica?
A) zero, Q - τ, Q, -τ, zero
B) Q - τ, Q, zero, -τ, zero
C) zero, Q, Q - τ, zero, -τ
D) Q, -τ, Q - τ, zero, zero
E) -τ, Q, zero, Q - τ, zero
x
Resolução:

Transformações:
1) isotérmica: T constante, U constante e ΔU = 0
2) isobárica: ΔU = Q - τ
3) isométrica: V constante, τ = 0 e ΔU = Q
4) adiabática: Q = 0 e ΔU = -τ
5) cíclica: ΔU = 0

Alternativa: A

24. (UNIR-RO)
Dois gases ideais submetidos às pressões p₁ = 1 atm e p₂ = 2 atm, em equilíbrio térmico, estão confinados em recipientes de volumes V₁ = 2 m³ e V₂ = 3 m³, respectivamente, ligados por uma válvula inicialmente fechada. Ao₁se abrir a válvula, os dois gases fluem livremente, sem alterar sua temperatura, ocupando os dois₁recipientes com a mesma pressão que será:
A) 2,5 atm
B) 3,0 atm
C) 1,5 atm
D) 0,6 atm
E) 1,6 atm
x
Resolução:

O número de mols (n) da mistura dos gases depois de abrir a válvula é igual à soma dos números de mols (n₁ + n₂) antes de a válvula ser aberta:
n = n₁ + n₂
pV/RT = p₁V₁/RT + p₂V₂/RT
p.(2 + 3) = 1.2 + 2.3₁
p = 1,6 atm

Alternativa: E

25. (UFPE)
Um mol de um gás ideal, inicialmente à temperatura de 300 K, é submetido ao processo termodinâmico A→B→C mostrado no diagrama V versus T. Determine o trabalho realizado pelo gás, em calorias.
Considere R = 2,0 cal/mol.K.

A) 1200 cal
B) 1300 cal
C) 1400 cal
D) 1500 cal
E) 1600 cal

Resolução:

τ_ABC = τ_AB + τ_BC
τ_AB = p.ΔV = n.R.ΔT = 1.2,0.(900 - 300) => τ_AB = 1200 cal
τ_BC = 0
Portanto: τ_ABC = 1200 cal

Alternativa: A

26. (CEFET-RJ)
Uma amostra de um gás ideal é comprimida lenta e linearmente a partir do volume inicial 2V₀ e pressão P₀ até o volume final V₀, conforme ilustrado no gráfico. Sabendo que a temperatura final do₀gás é igual à temperatura inicial, a pressão final e o calor trocado pelo gás no processo, valem respectivamente,

a) (2/3)P₀, 3P₀V₀
b) 2P₀, (3/2)P₀V₀
c) 3P₀, (2/3)P₀V₀
d) (3/2)P₀V₀, 2P₀V₀

Resolução:

p₀.2V₀ = p.V₀ => p = 2p₀
Primeira Lei da Termodinâmica:
ΔU = Q - τ
Sendo ΔU = 0, pois a temperatura final é igual à inicial, vem: Q = τ
Mas, numericamente, temos:
IτI = Área do trapézio = [(2p₀ + p₀)/2].V₀ = 3p₀V₀/2
Portanto, a quantidade de calor que o gás troca é, em módulo, igual a 3p₀V₀/2

Alternativa: B

27. (UECE)
Uma máquina térmica funciona de modo que n mols de um gás ideal evoluam segundo o ciclo ABCDA, representado na figura.

Sabendo-se que a quantidade de calor Q, absorvida₀da fonte quente, em um ciclo, é 18nRT₀, onde T₀ é a temperatura em A, o rendimento dessa máquina é, aproximadamente,₀
A) 55%
B) 44%
C) 33%
D) 22%

Resolução:

O trabalho é dado numericamente pela área do ciclo:
τ = 2p₀.2V₀ = 4p₀V₀ = 4nRT₀
O rendimento será: η = τ/Q = 4nRT₀/18nRT₀ ≈ 0,22 = 22%

Alternativa: D

28. (UECE)
Uma máquina térmica recebe determinada quantidade de calor e realiza um trabalho útil de 400 J. Considerando que o trabalho da máquina é obtido isobaricamente a uma pressão de 2,0 atm, num pistão que contém gás, determine a variação de volume sofrida pelo gás dentro do pistão. Considere 1,0 atm = 1,0 x 10⁵ N/m².
A) 10^-3 m³
B) 2 x 10^-3 m³
C) 8 x 10^-3 m³
D) 5 x 10^-4 m³

Resolução:

τ = p.ΔV => 400 = 2,0.10⁵.ΔV => ΔV = 2,0.10^-3 m³

Alternativa: B

29. (UEMS)
Com relação a 2ª Lei da Termodinâmica, pode-se afirmar que:
I. O calor de um corpo com temperatura T₁ passa para outro corpo com temperatura T₂ se T₂ > T₁.
II. Uma máquina térmica operando em ciclos pode retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.₂
III. Uma máquina térmica operando em ciclos entre duas fontes térmicas, uma quente e outra fria, converte parte do calor retirado da fonte quente em trabalho e o restante envia para a fonte fria.₂
Assinale a alternativa que apresenta a(s) afirmativa(s) correta(s).₂
A) I
B) II
C) III
D) I e II
E) I e III
Resolução:

I) Errada. Espontaneamente o calor passa de um corpo de maior temperatura para outro de menor.
II) Errada. A transformação integral de calor em trabalho é impossível de acordo com a segunda lei da Termodinâmica.
III) Correta, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica.

Alternativa: C

30. (URCA)
O ciclo de Carnot apresenta o máximo rendimento para uma máquina térmica operando entre duas temperaturas. Sobre ele podemos afirmar:
I– É formado por duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isotérmicas, todas reversíveis;
II– A área do ciclo de Carnot é numericamente igual ao trabalho realizado no ciclo;
III– As quantidades de calor trocados com as fontes quente e fria são inversamente proporcionais às respectivas temperaturas absolutas das fontes.
Assinale a opção que indica o(s) item(ns) correto(s):
A) I, II e III;
B) Somente I e III;
C) Somente II e III;
D) Somente I;
E) Somente I e II.

Resolução:

I) Correta. O ciclo de Carnot é formado por duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isotérmicas, todas reversíveis.
II) Correta. A área do ciclo é numericamente igual ao trabalho realizado no ciclo.
III) Errada. As quantidades de calor trocados com as fontes quente e fria são diretamente proporcionais às respectivas temperaturas absolutas das fontes.

Alternativa: E