Prof. Renato Pugliese

Física II - 2º semestre de 2015

Prova 3 – dezembro

Nome: ________________________________________________________________ Matr.: _____________

ATENÇÃO: Resolva apenas 4 questões, à sua escolha, das 5 sugeridas. Antes de entregar a avaliação resolvidapara mim, preencha abaixo quais questões que você DISPENSOU. Caso você resolva as 5 questões, apenas as 4primeiras serão corrigidas.Você DISPENSOU a questão: (1) (2) (3) (4) (5)

Dados/formulárioTc−0

100−0=

Tf −32212−32

=Tk−273

373−273Δl = li.α.ΔTΔS = Si.β.ΔTΔV = Vi.γ.ΔTβ = 2.αγ = 3.αQS = m.c.ΔTQL = m.LQR + QC = 0 (equilíbrio)

ΔEint = Q – WQq = W + Qfe = |W|/|Qq| K = |Qf|/|W|emáx = (Tq – Tf)/TqKmáx

= Tf/(Tq – Tf)P = W/ΔtW = p.ΔV1,0 atm = 1.10 Pa⁵1 m³ = 1.10³ L

Questões

1. (2,5) Descrevendo sua viagem à Lua, como descrito no filme Apollo 13 (Universal, 1995), o astronauta JimLovell disse: “Andarei em um lugar onde há uma diferença de 400 graus entre a luz do Sol e a sombra”.Suponha que um astronauta em pé na Lua segurasse um termômetro em sua mão enluvada. O termômetro lê atemperatura do vácuo na superfície da Lua? O termômetro lê alguma temperatura? Caso leia, que corpo ousubstância tem essa temperatura?

O vácuo contém pressão baixíssima devido à quantidade ínfima de partículas constituintes. Podemos considerar como um sistema sem partículas. Assim sendo, não-material, não faz sentido falarmos em temperatura do vácuo. Contudo, se estiver exposto ao Sol, receberá radiação e esquentará, da mesma forma que se estiver na sombra emitirá radiação e esfriará, portanto, não lê a temperatura do vácuo. O termômetro, estando em contato com a luva do astronauta, lerá a temperatura dela seguindo a indicação acima: se expostos ao Sol, suas temperaturas (luva e termômetro) aumentarão até atingirem equilíbrio de emissão/absorção de radiação; se na sombra, suas temperaturas abaixarãoaté o equilíbrio também. Além disso, podemos afirmar que o termômetro lê sua própria temperatura.

2. (2,5) Um frasco volumétrico, feito de vidro Pirex (α = 3,2.10-6 ºC-1), é calibrado a 20,0 ºC e cheio até a marcade 100 mL com acetona (γ = 1,5.10-4 ºC-1) a 35,0 ºC. Depois disso, a acetona esfria e o frasco esquenta, de modoque a combinação acetona-frasco atinge uma temperatura de uniforme de 32,0 ºC. A combinação é resfriadapara 20,0 ºC.

a) (1,5) Qual é o volume da acetona quando ela esfria para 20,0 ºC?

ΔV = Vi.γ.ΔTVf – Vi = Vi.γ.ΔTVf = 100 + 100.1,5.10-4.(-15)Vf = 99,8 mL

b) (1,0) À temperatura de 32,0 ºC, o nível de acetona fica acima ou abaixo da marca de 100 mL no frasco? E àtemperatura de 20,0 ºC? Explique.

À T = 32,0 ºC: se o frasco esquentou de 20,0 ºC para 32,0 ºC, ele expandiu seu volume. O líquido esfriou de 35,0 ºC para 32,0 ºC, contraiu. Certamente a acetona estará com seu nível abaixo da marca de 100 mL.À T = 20,0 ºC: o frasco contraiu e está com o volume de quando foi calibrado; a acetona, preenchida até 100 mL à 35,0 ºC, está contraída e, certamente, com nível abaixo da marca.

3. (2,5) Na figura, temos o diagrama que representa alguns processos termodinâmicossofridos por um sistema gasoso. A variação de energia interna do gás quando submetido aoprocesso curvo AC é de 800 J. O trabalho realizado pelo gás via ABC é de 500 J.

a) (0,5) Qual a quantidade de calor adicionado ou retirado do sistema por ABC?

ΔEint(AC) = ΔEint(ABC)ΔEint = Q – W800 = Q – 500Q = 1300 J

b) (1,0) Se a pressão no ponto A é cinco vezes maior que aquela no ponto C, qual é o trabalho realizado sobre osistema entre C e D?

p(A) = 5.p(C)

ΔV(AB) = - ΔV(CD)

Então, como W = p.ΔV, temos:

W(CD) = - W(AB)/5 = - 100 J

c) (1,0) Qual a quantidade de calor trocada pelo sistema via CDA?

ΔEint(AC) = - ΔEint(CDA)

Via CDA:ΔEint = Q – W- 800 = Q - (- 100)Q = - 900 J

4. (2,5) Uma garrafa térmica, considerada um calorímetro ideal, contém 300 mL de água a 2,0 ºC. Uma peça dealumínio, com 25 g e à temperatura de 97 ºC é resfriada quando mergulhada na água. (densidade da água: d =1,0 g/cm³; calor específico da água: c = 1,0 cal/g.ºC).

a) (1,5) Qual o valor do calor específico do alumínio se a temperatura de equilíbrio do sistema foi de 3,5 ºC?

QRecebido(água) + QCedido(metal) = 0

m.c.ΔT + m.c.ΔT = 0300.1.(3,5 – 2,0) + 25.c.(3,5 – 97) = 0450 + (- 2337,5.c) = 0c = 0,19 cal/g.ºC

b) (1,0) Se tivessem colocadas duas peças iguais, ao invés de apenas uma, e na mesma temperatura da primeira,qual teria sido a temperatura de equilíbrio?

QRecebido(água) + QCedido(metal) = 0

m.c.ΔT + 2.m.c.ΔT = 0300.1.(Tf – 2,0) + 2.25.0,19.(Tf – 97) = 0300.Tf – 600 + 9,5.Tf – 921,5 = 0Tf = 1521,5/309,5 = 4,9 ºC

5. (2,5) Nas questões abaixo, apenas uma alternativa é correta. Assinale-a.

a) (0,5) Um buraco é perfurado em uma placa metálica. Quando o metal é aquecido a uma temperatura maisalta, o que acontece com o diâmetro do buraco?( X ) aumenta ( ) diminui ( ) permanece o mesmo

b) (0,5) O pêndulo de um relógio é feito de latão. Quando a temperatura aumenta, o que acontece com operíodo do relógio?( X ) aumenta ( ) diminui ( ) permanece o mesmo

c) (0,5) Se um gás é comprimido isotermicamente, o que podemos afirmar com certeza?( ) Há transferência de energia para o gás por calor.( ) Não há trabalho realizado sobre o gás.( X ) A energia interna do gás permanece constante.

d) (0,5) Sobre um sistema realiza-se um trabalho de 3000 J e, em resposta, ele fornece 1000 cal de calordurante o mesmo intervalo de tempo. A variação de energia interna do sistema, durante esse processo, é de:(considere 1,0 cal = 4,0 J)

a) – 1000 J b) + 2000 J c) – 4000 J d) + 4000 J e) + 7000 J

Q(cedido) = - 4000 JW(sofrido) = - 3000 JΔEint = Q – W = - 4000 - (- 3000) = - 1000 J

e) (0,5) Sobre um gás confinado em condições ideais podemos afirmar corretamente que:

( ) aquecendo o gás a volume constante sua energia interna permanece constante.( X ) numa expansão adiabática, a temperatura do gás diminui.( ) numa expansão isobárica, a temperatura do gás diminui.( ) quando o gás sofre transformações num ciclo, o trabalho resultante que ele realiza é nulo.