Exercícios sobre termologia

(UFPR) Para aquecer 500 g  de certa substância de 20 ºC para 70 ºC, foram necessárias 4000 calorias. A capacidade térmica e o calor específico valem respectivamente:

a) 8 cal/ ºC e 0,08 cal/g°C

b) 80 cal/ ºC e 0,16 cal/g°C

c) 90 cal/ ºC e 0,09 cal/g°C

d) 95 cal/ ºC e 0,15 cal/g°C

e) 120 cal/ ºC e 0,12 cal/g°C

(EsPECx) Um termômetro digital, localizado em uma praça na Inglaterra, marca a temperatura de 10,4 ºF. Essa temperatura, na escala Celsius, corresponde a:

a) - 5 ºC
b) - 10 ºC
c) - 12 ºC
d) - 27 ºC
e) - 39 ºC

(Enem) Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento.

Tal limitação ocorre porque essas máquinas:

a) realizam trabalho mecânico.

b) produzem aumento da entropia.

c) utilizam transformações adiabáticas.

d) contrariam a lei da conservação de energia.

e) funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

(ITA) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60 °C. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit?

a) 33 °F

b) 60 °F

c) 92 °F

d) 108 °F

e) 140 °F

Um copo com 200 g de água é aquecido de 50 ºC para 120 ºC. Sabendo que o calor específico da água é de 1 cal/g·°C, calcule a quantidade de calor recebido.

a) 14 000 cal

b) 15 000 cal

c) 16 000 cal

d) 17 000 cal

e) 18 000 cal

Um sistema termodinâmico inicialmente possui uma energia interna de 50 000 J e, após sofrer uma variação de sua temperatura, a sua energia interna aumenta 75 000 J. Calcule a variação da energia interna desse sistema termodinâmico:

a) 5 000 J

b) 10 000 J

c) 15 000 J

d) 20 000 J

e) 25 000 J

Transforme a temperatura 150 K para a escala Fahrenheit.

a) -51,6 ℉

b) 0 ℉

c) -189,4 ℉

d) 51,6 ℉

e) 189,4 ℉

Um fio metálico de comprimento inicial 2 metros sofre uma variação de temperatura de 180 °C. Sabendo que o seu coeficiente linear é de 1·10-4 °C-1, qual foi a variação do comprimento do fio?

a) 0,017 m

b) 0,023 m

c) 0,030 m

d) 0,036 m

e) 0,042 m

Qual o trabalho realizado por um refrigerador de eficiência de 80% na transferência de 500 J de calor da sua fonte quente para a fonte fria?

a) 625 J

b) 937 J

c) 1250 J

d) 1562 J

e) 1875 J

Em um laboratório uma substância está à temperatura de 20 K. Isso significa que ela possui qual temperatura na escala Celsius?

a) -1630 ℃

b) -253 ℃

c) -15 ℃

d) -2 ℃

e) 50 ℃

Calcule a quantidade de calor recebido por um líquido de 300 g que está mudando de fase sem variar sua temperatura. Considere o calor latente do líquido igual a 25 cal/g.

a) 5500 cal

b) 6000 cal

c) 6500 cal

d) 7000 cal

e) 7500 cal

Determine a quantidade de calor recebido por um gás que foi comprimido por um trabalho de 300 J sabendo que a variação da sua energia interna foi de 1200 J.

a) 500 J

b) 700 J

c) 900 J

d) 1100 J

e) 1300 J

LETRA B.

Primeiramente, calcularemos a capacidade térmica empregando a sua fórmula:

\(C = \frac{Q}{\Delta T} \\ C = \frac{4000}{70 - 20} \\ C = \frac{4000\ \text{cal}}{50} \\ C = 80\ \text{cal/}^\circ\text{C} \)

Por fim, calcularemos o calor específico:

\(Q = m \cdot c \cdot \Delta T \\ 4000 = 500 \cdot c \cdot 50 \\ 4000 = 25000 \cdot c \\ c = \frac{4000}{25000} \\ c = 0,16\ \frac{cal}{g ^\circ C} \)

LETRA C.

Converteremos a temperatura em Fahrenheit para temperatura em Celsius empregando a fórmula:

\(\frac{T_C}{5} = \frac{T_F - 32}{9} \\ \frac{T_C}{5} = \frac{10{,}4 - 32}{9} \\ \frac{T_C}{5} = \frac{-21{,}6}{9} \\ T_C = \frac{-21{,}6 \cdot 5}{9} \\ T_C = -12\ ^\circ\text{C} \)

LETRA B.

Tal limitação ocorre porque essas máquinas produzem aumento da entropia, o que faz com que elas não tenham um rendimento de 100%.

LETRA D.

Calcularemos a variação da temperatura em Fahrenheit a partir da variação da temperatura em Celsius empregando a fórmula:

\(\frac{\Delta T_C}{5} = \frac{\Delta T_F}{9} \\ \frac{60}{5} = \frac{\Delta T_F}{9} \\ \Delta T_F = 9 \cdot \frac{60}{5} \\ \Delta T_F = 108\ ^\circ\text{F} \)

LETRA A.

Calcularemos a quantidade de calor empregando a fórmula do calor específico:

\(Q = m \cdot c \cdot \Delta T \\ Q = m \cdot c \cdot (T_f - T_i) \\ Q = 200 \cdot 1 \cdot (120 - 50) \\ Q = 200 \cdot 1 \cdot 70 \\ Q = 14000\ \text{cal} \)

LETRA E.

Calcularemos a variação da energia interna empregando a fórmula:

\(\Delta U = U_f - U_i\\ \Delta U = 75000 - 50 000\\ \Delta U = 25000 J\)

LETRA C.

Converteremos a temperatura na escala Kelvin para a escala Fahrenheit:

\(\frac{T_F - 32}{9} = \frac{T_K - 273}{5} \\ \frac{T_F - 32}{9} = \frac{150 - 273}{5} \\ \frac{T_F - 32}{9} = \frac{-123}{5} \\ \frac{T_F - 32}{9} = -24{,}6 \\ T_F - 32 = -24{,}6 \cdot 9 \\ T_F - 32 = -221{,}4 \\ T_F = -221{,}4 + 32 \\ T_F = -189{,}4\ ^\circ\text{F} \)

LETRA D.

Calcularemos a variação do comprimento do fio empregando a fórmula da dilatação linear:

\(\Delta L = L_0 \cdot \alpha \cdot \Delta T \\ \Delta L = 2 \cdot 1 \cdot 10^{-4} \cdot 180 \\ \Delta L = 360 \cdot 10^{-4} \\ \Delta L = 3{,}6 \cdot 10^2 \cdot 10^{-4} \\ \Delta L = 3{,}6 \cdot 10^{2 - 4} \\ \Delta L = 3{,}6 \cdot 10^{-2}\ \text{m} \\ \Delta L = 0{,}036\ \text{m} \)

LETRA A.

Calcularemos o trabalho realizado pelo refrigerador empregando a fórmula dos refrigeradores da segunda lei da termodinâmica:

\(\eta = \frac{Q_F}{W} \\ 80\% = \frac{500}{W} \\ \frac{80}{100} = \frac{500}{W} \\ 0{,}80 = \frac{500}{W} \\ W = \frac{500}{0{,}80} \\ W = 625\ \text{J}\)

LETRA B.

Converteremos a temperatura na escala Kelvin para a escala Celsius:

T_C=T_K - 273

T_C = 20 - 273

T_C = - 253 ℃

LETRA E.

Calcularemos a quantidade de calor recebido empregando a fórmula do calor latente:

Q = m · L

Q = 300 · 25

Q = 7500 cal

LETRA C.

Nesse caso, o trabalho é negativo, já que o gás é comprimido, então calcularemos o calor empregando a fórmula da primeira lei da termodinâmica:

\(\Delta U = Q - W \\ 1200 = Q - (-300) \\ 1200 = Q + 300 \\ Q = 1200 - 300 \\ Q = 900\ \text{J} \)