A termodinâmica estuda a troca de matéria e a troca de energia entre sistemas ou entre um sistema e sua vizinhança, pelo processo mecânico de transferência de energia – trabalho – e pelo processo de transferência de energia causado por uma diferença de temperatura – calor. Trabalha com os estados de equilíbrio e com as propriedades macroscópicas que caracterizam os sistemas. É estruturada em quatro princípios conhecidos como leis da termodinâmica: lei zero, associada ao conceito de temperatura; primeira lei, associada ao conceito de energia; segunda lei, associada ao conceito de entropia; e terceira lei, associada ao limite constante da entropia quando a temperatura Kelvin aproxima-se de zero.

Disponível em: <https://www.ufsm.br/cursos/graduacao/santa-maria/fisica/2020/02/21/leis-da-termodinamica/>. Acesso em: 15 ago. 2022, com adaptações.

Acerca das leis da termodinâmica, assinale a alternativa correta.

O manual de uma ducha elétrica informa que seus três níveis de aquecimento (morno, quente e superquente) apresentam as seguintes variações de temperatura da água em função de sua vazão:

Vazão (minL​)	ΔT (ºC )
Morno	Quente	Superquente
3	10	20	30
6	5	10	15

Utiliza-se um disjuntor para proteger o circuito dessa ducha contra sobrecargas elétricas em qualquer nível de aquecimento. Por padrão, o disjuntor é especificado pela corrente nominal igual ao múltiplo de 5 A imediatamente superior à corrente máxima do circuito. Considere que a ducha deve ser ligada em 220 V e que toda a energia é dissipada através da resistência do chuveiro e convertida em energia térmica transferida para a água, que apresenta calor específico de 4,2 (g ºCJ​) e densidade de 1 000 Lg​ .

O disjuntor adequado para a proteção dessa ducha é especificado por:

A variação da incidência de radiação solar sobre a superfície da Terra resulta em uma variação de temperatura ao longo de um dia denominada amplitude térmica. Edificações e pavimentações realizadas nas áreas urbanas contribuem para alterar as amplitudes térmicas dessas regiões, em comparação com regiões que mantêm suas características naturais, com presença de vegetação e água, já que o calor específico do concreto é inferior ao da água. Assim, parte da avaliação do impacto ambiental que a presença de concreto proporciona às áreas urbanas consiste em considerar a substituição da área concretada por um mesmo volume de água e comparar as variações de temperatura devido à absorção da radiação solar nas duas situações (concretada e alagada). Desprezando os efeitos da evaporação e considerando que toda a radiação é absorvida, essa avaliação pode ser realizada com os seguintes dados:

	Densidade (m3kg​)	Calor específico (g ºCJ​)
Água	1 000	4,2
Concreto	2 500	0,8

ROMERO, M. A. B. et al. Mudanças climáticas e ilhas de calor urbanas. Brasília: UnB; ETB, 2019 (adaptado).

A razão entre as variações de temperatura nas áreas concretada e alagada é mais próxima de

O eixo de rotação da Terra apresenta uma inclinação em relação ao plano de sua órbita em torno do Sol, interferindo na duração do dia e da noite ao longo do ano.

Uma pessoa instala em sua residência uma placa fotovoltaica, que transforma energia solar em elétrica. Ela monitora a energia total produzida por essa placa em 4 dias do ano, ensolarados e sem nuvens, e lança os resultados no gráfico.

Disponível em: www.fisica.ufpr.br. Acesso em: 27 maio 2022 (adaptado).

Próximo a que região se situa a residência onde as placas foram instaladas?

Os trocadores de calor mais usados na indústria, sobretudo quando são necessárias grandes áreas de troca térmica, são os trocadores de casco e tubo. O casco pode ter um ou dois cabeçotes, dependendo do arranjo. Um dos fluidos passa pelo interior dos tubos e o outro passa pelo casco. Um trocador do tipo casco e tubo está mostrado na figura abaixo:

(Fonte: ARAUJO, E. C. C. Trocadores de Calor. São Carlos: Editora da Universidade Federal de São Carlos (EdUFSCar), 108 p., 2017)

A localização dos fluidos no trocador (pelo casco ou pelos tubos) é definida pelas condições do processo e pela facilidade de manutenção. Alguns fatores devem ser levados em conta:

( ) Se as temperaturas são altas o suficiente para requerer o uso de ligas metálicas especiais, localizar o fluido de maior temperatura no casco vai reduzir os custos globais.

( ) O fluido mais corrosivo deve ser localizado nos tubos, o que reduz os custos com ligas metálicas caras.

( ) O fluido que tem mais tendência a incrustar as superfícies de troca térmica deve ser localizado nos tubos.

( ) Geralmente um coeficiente de transferência de calor alto é conseguido localizando-se o material mais viscoso no lado dos tubos, desde que o escoamento seja turbulento.

Sobre os fatores descritos acima, marque V para as afirmativas verdadeiras, F para as falsas e assinale a sequência CORRETA.

À medida que um bloco de gelo derrete sua massa varia em função do tempo (x).

A taxa na qual sua massa (M) diminui é diretamente proporcional à raiz quadrada dessa massa. Assinale a alternativa correspondente à equação que descreve essa relação

As máquinas térmicas operam em ciclos, entre duas fontes de calor e realizam trabalho. Com relação a essas máquinas, podemos afirmar que

Dois recipientes de mesma forma e tamanho são feitos do mesmo material e têm o coeficiente de dilatação volumétrico igual a γ_R . Um deles está completamente cheio de um líquido A com coeficiente de dilatação real igual γ_A , e o outro está completamente cheio de um líquido B com coeficiente de dilatação real igual a γ_B . Em um determinado instante, os dois recipientes são aquecidos e sofrem a mesma variação de temperatura. Devido ao aquecimento, um décimo do volume inicial do líquido A transborda e um oitavo do volume inicial do líquido B também transborda. Com relação à situação exposta, podemos afirmar que é verdadeira a seguinte relação:

O primeiro princípio da Termodinâmica estabelece que, se um sistema gasoso recebe uma quantidade de calor (Q) do meio externo, essa energia pode ser armazenada no sistema, aumentando sua energia interna ( U), e/ou pode ser utilizada na realização de trabalho (W).

Com base nesse princípio, em uma transformação

Em um calorímetro de capacidade térmica 30 cal/ºC, que contém 1,0 kg de água, ambos a 30 °C, coloca-se 600 g de gelo, inicialmente a –20 °C.

Dados:

Calor especifico da água 1,0 cal/g .°C

Calor especifico do gelo 0,5 cal/g .°C

Calor latente de fusão do gelo 80 cal/g

Desprezando as perdas de calor, após o equilíbrio térmico tem-se que

O diagrama representa as transformações de um sistema termodinâmico ao longo de um ciclo; observe: 


Sabendo-se que o sistema realiza 60 ciclos por segundo, é correto afirmar que:

Em um laboratório de física, um professor tinha a sua disposição vários sólidos maciços de diferentes materiais para serem usados na realização de alguns experimentos, envolvendo fenômenos térmicos. O professor pegou um sólido de 200 g de um determinado material, o aqueceu até atingir a temperatura de 90° C, e o colocou em um calorímetro ideal com 132 g de água, inicialmente a 20° C e obteve uma a temperatura de equilíbrio térmico de 30° C.


Consultando a tabela que relaciona todos os materiais que havia no laboratório, pode-se concluir que o sólido utilizado pelo professor era composto por qual material?

Fernando encontrou um termômetro a álcool antigo, já sem as marcações de temperatura, e resolveu que o utilizaria para fazer alguns experimentos de comparação de temperaturas. Para adquirir alguns valores que pudessem ser usados na comparação, ele utilizou uma régua na base do termômetro, onde estaria a menor temperatura, marcando essa posição como zero e a altura máxima que o líquido poderia chegar como 24 cm. Fazendo alguns testes, Fernando verificou que a água, na pressão atmosférica, congela a 3,2 cm de altura e entra em estado de ebulição a 19,2 cm de altura em relação à base do termômetro. Deste modo, as temperaturas correspondentes às alturas de 0 cm e 24 cm da régua são, respectivamente: 

Um estudante deseja construir uma máquina térmica para operar entre as temperaturas de 250 K e 400 K, recebendo de uma fonte quente 8.000 J por minuto e realizando, também, a cada minuto, um trabalho de 3.600 J. Considerando a máquina que o estudante deseja construir, pode-se afirmar que sua construção é:

Seja uma massa gasosa que ocupa 90 litros de volume, sob uma temperatura de 27° C e pressão de 3 atm. Que volume ocupará o mesmo gás, se a pressão for 2 atm à temperatura de 7° C? 

No Ensino de Física é comum que o professor se depare com concepções alternativas construídas pelos alunos ao longo de sua vida e que por vezes se constituem como obstáculos para a aprendizagem de conceitos científicos. Particularmente ao ensino dos fenômenos térmicos, uma afirmação que expressa uma dessas concepções é: 

Enquanto os sistemas refrigeradores são caracterizados pela transferência  de calor desde uma fonte fria para uma fonte quente devido ao trabalho realizado  um gás no compressor, nas máquinas térmicas ocorre uma transferência de calor  da fonte quente para a fonte fria devido à realização de trabalho  um gás que provoca o brusco deslocamento de um pistão. Uma consequência desta diferença entre esses dois tipos de aparelhos é que as representações das transformações gasosas em gráficos da pressão em função do volume, p x v, possuem sequências diferentes, sendo a expansão a alta pressão característica dos ciclos de sentido das máquinas térmicas, ao passo que nos sistemas refrigeradores é a compressão que é feita a alta pressão, caracterizando ciclos de sentido .
Os termos que completam corretamente as lacunas I, II, III, IV, V e VI do texto são, respectivamente:  

Quatro mols de ar a temperatura de 27 °C e pressão de 200 kPa está dentro de um pistão cilíndrico capaz de se mover na vertical. O pistão é aquecido mediante pressão constante até a temperatura de 227 °C, após atingir essa temperatura o sistema dissipa calor mediante um processo a volume constante e, retorna ao estado inicial mediante uma compressão adiabática. Tomando 

A figura mostra, em gráfico cartesiano, como os comprimentos de duas hastes metálicas, A e B, variam em função da temperatura a que são submetidas


A razão  entre os coeficientes de dilatação linear do metal da barra A (α_A) e do metal da barra B (α_B) é

Boyle pesquisou experimentalmente o comportamento de gases mantidos a temperatura constante nas condições em que eles se comportam como gás ideal (pressões não muito altas e temperaturas não muito baixas).

Assim ele descobriu a lei que descreve, nessas condições, como a pressão de um gás mantido à temperatura constante varia em função do volume ocupado por ele.

Essa lei pode ser expressa, num diagrama p-V, pelo gráfico