Na teoria cinética dos gases, a probabilidade de encontrar uma molécula com energia total E em uma situação de equilíbrio térmico à temperatura T decresce exponencialmente com E, conforme o fator de:

A Primeira Lei da Termodinâmica generaliza o princípio de conservação da energia ao identificar que a variação da energia interna de um sistema, em um processo não adiabático, inclui o trabalho realizado e uma nova forma de energia transferida chamada:

Considerando a interpretação estatística da entropia formulada por Boltzmann, a relação S = k In In W indica que a entropia de um macroestado é função crescente do:

   
Figura B

    No dilatômetro, dispositivo utilizado para medir a dilatação térmica linear de certas substâncias metálicas, uma barra metálica oca é anexada de modo que água aquecida (ou vapor aquecido) a uma temperatura conhecida circula em seu interior. Uma das extremidades da barra é fixada de modo que toda a expansão da barra ocorra apenas na outra extremidade livre. Nesta, há uma ponta móvel, que é encostada à barra e, com a dilatação da barra, se move, fazendo girar um eixo acoplado a um ponteiro, que indica a dilação da barra por meio de um mostrador graduado, conforme representado na figura A.
    A figura B esquematiza a parte interna do mecanismo composto pela ponta móvel, pelo eixo giratório (cujo raio é r = 5,0 mm) e pelo ponteiro. Ao dilatar-se, a barra move a ponta para a direita, que faz girar o eixo juntamente com o ponteiro, por meio de um acoplamento entre a ponta e o eixo por intermédio de pequenos dentes de engrenagem. 
    Na situação descrita, supondo-se que não haja deslizamento entre a ponta móvel e o eixo rotativo do dilatômetro, e desprezando-se quaisquer atritos existentes em todo o sistema, é correto afirmar que a calibração da escala do mostrador será obtida quando a razão , em que  é a variação angular do ponteiro e , a dilatação sofrida pela barra, for igual a 

Para se conhecer o efeito da variação de temperatura no empuxo exercido por líquidos sobre os corpos, imergiu-se totalmente um corpo sólido, cujo coeficiente de dilação volumétrico é 2,0∙10⁻⁵ °C⁻¹, em um líquido, cujo coeficiente de dilatação volumétrico é 5,0∙10⁻⁴ °C⁻¹, e esperou-se que o sistema atingisse o equilíbrio térmico. Nessa situação, verificou-se que o empuxo sofrido pelo corpo havia sido E₀. Variando-se a temperatura do conjunto para 100 °C e aguardando-se novamente o equilíbrio térmico à nova temperatura, o empuxo passou a ser E'. 
Considerando-se   = 1 + x − y para x ≪ 1 e y ≪ 1, conclui-se que, no citado experimento, a razão E₀/E' foi

                                                          

    A figura precedente ilustra um sistema denominado de pêndulo de Newton, que consiste em somente dois pêndulos idênticos, A e B. O pêndulo A é erguido a uma altura de h₀ em relação à sua posição de equilíbrio e abandonado a partir do repouso desse ponto. Ao descer, colide frontalmente com o pêndulo B, que estava em repouso, elevando-o, após a colisão, a uma altura h' (< h₀) em relação à posição de repouso. Após cada colisão, a temperatura de ambos os pêndulos varia . Toda a dissipação de energia mecânica é convertida integralmente em energia térmica dos pêndulos e, após cada colisão, um deles permanece totalmente em repouso. 
Com base nessas informações, assinale a opção que indica a altura atingida pelo pêndulo A quando o pêndulo B retorna e colide contra ele, considerando g como o módulo da aceleração gravitacional e c como o calor específico do material que constitui os pêndulos. 

                                               
                                                                   

    A fim de se descobrir a capacidade térmica de certo calorímetro, colocou-se dentro dele 50 g de água e verificou-se que o equilíbrio térmico se dava à temperatura de 25 °C. Após isso, introduziu-se um pequeno resistor elétrico que, ligado a uma fonte de tensão, fornecia uma potência de 8,4 W ao conjunto água + calorímetro. A variação de temperatura pôde ser acompanhada por um termômetro imerso no sistema, conforme ilustrado na figura anterior. Após 10 min de funcionamento, verificou-se que a temperatura do conjunto (em um novo equilíbrio térmico) havia atingido 45 °C. 
Supondo-se que não haja perdas de calor ao ambiente (ou seja, que toda a energia térmica gerada pelo resistor seja absorvida pelo sistema água-calorímetro) e assumindo-se o calor específico da água como 1 cal∙g⁻¹∙°C⁻¹ e 1 cal = 4,2 J, é correto afirmar que a capacidade térmica do calorímetro é igual a 

                                                         
     Em um laboratório de física, pretendia-se investigar as propriedades de um gás ideal monoatômico de massa atômica igual a 4,0 g/mol. Para tanto, confinou-se certa quantidade desse gás em um cilindro fechado munido de um êmbolo móvel, um manômetro e um termômetro, e submeteu-se esse gás a uma expansão isotérmica. Com esse procedimento, foi possível registrar diversas medidas de sua pressão (em Pa) em função do seu volume (em m³). Por fim, os resultados foram organizados na forma do gráfico precedente, o qual apresenta a pressão (P) em função do volume (V). 
A partir das informações fornecidas, e assumindo que a constante dos gases ideais seja igual a 8 J∙mol⁻¹∙K⁻¹, assinale a opção correta acerca do sistema descrito. 

A energia, segundo a Primeira Lei da Termodinâmica (ou Princípio da Conservação da Energia), não pode ser criada nem destruída, apenas transformada de uma forma em outra ou transferida de um corpo para outro. Em relação às formas de energia, avaliar se as afirmativas são certas (C) ou erradas (E) e assinalar a sequência correspondente.

( ) Energia potencial é a energia que um corpo possui devido ao seu movimento.

( ) Energia elétrica pode ser transformada em luz, calor ou movimento mecânico.

( ) Energia cinética é a energia associada à posição ou condição de um corpo.

( ) A energia química armazenada em alimentos pode ser transformada em energia cinética e térmica pelo corpo humano.

Um gás contido em um cilindro com pistão móvel sofre uma expansão, realizando 200 kJ de trabalho sobre o meio externo. Durante o processo, o sistema recebe 120 kJ de calor de uma fonte térmica.

Qual é a variação da energia interna do gás durante o processo?

Uma máquina térmica opera com 20% de eficiência, realizando 400 J de trabalho por ciclo. A fonte quente está a 500 K e a fria a 300 K. Qual a variação total de entropia  do universo por ciclo?

Dois recipientes isolados, A e B, estão conectados por uma válvula inicialmente fechada. O recipiente A contém 1,0 mol de hélio (He ) e o recipiente B contém 3,0 mols de argônio (Ar ), ambos à mesma temperatura T e pressão P.
Sabendo que V_A = V e V_B = 3V , determine a variação total de entropia após a abertura da válvula e a completa mistura.

Durante uma aula sobre a Segunda Lei da Termodinâmica, um professor propõe aos estudantes a análise do desempenho de um refrigerador utilizado no armazenamento de reagentes no laboratório da instituição. O equipamento opera com potência elétrica constante de 360 W e mantém o compartimento interno à temperatura de – 3^o C , rejeitando calor para o ambiente do laboratório, cuja temperatura é 27^o C.
Para a análise, consideram-se dois cenários:

I. o refrigerador opera como um dispositivo reversível entre dois reservatórios térmicos ideais;

II. o coeficiente de desempenho do equipamento corresponde a 2/3 do valor máximo teoricamente possível (coeficiente de desempenho de Carnot) para as temperaturas envolvidas.


Admite-se regime estacionário, temperaturas constantes nos reservatórios térmicos e que toda a potência elétrica consumida seja convertida em trabalho mecânico do compressor. Considerando as temperaturas absolutas (em Kelvin) e um intervalo de 1,0 min de operação, assinale a alternativa correta que apresenta, respectivamente, a quantidade de calor retirada do compartimento interno (em ) nas situações I e II.

Por definição, motor de combustão interna são máquinas térmicas nas quais o calor recebido pelo ciclo tem origem em uma reação química de combustão, que ocorre dentro do motor. Desde o século XVIII, tem-se buscado construir motores a combustão com o melhor desempenho possível. Atualmente, os dois principais motores dessa natureza são os que operam com o ciclo Otto e no ciclo Diesel. Esses ciclos diferem, entre outras coisas, pela forma de fornecimento de energia para o início da combustão. Por um lado, no ciclo Otto, a ignição é introduzida por uma centelha produzida pelo sistema elétrico e se utiliza de combustíveis de baixa volatilidade (álcool e gasolina). Por outro lado, os motores de ciclo Diesel utilizam o óleo diesel ou outros óleos vegetais como combustível e a ignição ocorre pela compressão do ar na câmara de combustão.
A imagem mostra os diagramas P-V dos ciclos Diesel e Otto que funcionam em quatro tempos.






Com base nas leis da Termodinâmica e nos processos termodinâmicos envolvidos nesses dois ciclos, assinale a alternativa correta.

Um gás ideal sofre um processo no qual P = αV² 

Assinale a alternativa que indica o valor correto do trabalho realizado pelo gás ao expandir de V₀ até 2V₀

O aquecimento global é um fenômeno que tem gerado preocupação mundial devido aos seus potenciais impactos no planeta. Entre as diversas consequências, a elevação do nível do mar é uma das mais discutidas. Qual das alternativas abaixo apresenta um fator que contribui diretamente para a elevação do nível do mar no contexto do aquecimento global? 

Na operação de equipamentos para captação de vídeo, um dos aspectos mais importantes é o da luz, relacionando o conceito que no cinema é chamado de fotografia. Em um sistema de iluminação de três pontos, são utilizadas três fontes de luz: a principal, a de preenchimento e a contraluz. Sabendo que para a gravação de um vídeo institucional, foi solicitada pelo diretor a utilização de uma luz quente na contraluz, semelhante à luz de velas, a temperatura de cor de lâmpada que o técnico deverá instalar será de

Um professor de Física apresenta aos alunos a situaçãoproblema a seguir. “Um bloco de gelo a 0 °C é colocado em um calorímetro ideal contendo água líquida também a 0 °C.

O sistema é isolado termicamente do ambiente, mantido à pressão atmosférica e deixado em repouso por tempo prolongado.” Três alunos apresentam previsões diferentes:

• Aluno 1: “Nada acontecerá, pois ambos estão na mesma temperatura e não há diferença térmica para promover transferência de calor.”

• Aluno 2: “O gelo derreterá parcialmente, pois o estado líquido é termodinamicamente mais estável que o sólido à pressão atmosférica, mesmo a 0 °C.”

• Aluno 3: “Parte da água líquida congelará, pois o sistema busca o estado de menor energia interna, e o gelo possui menor energia interna que a água líquida à mesma temperatura.”

Do ponto de vista termodinâmico rigoroso, considerando as propriedades da água e os princípios das leis da Termodinâmica, o professor conclui corretamente que: 

Na análise termodinâmica de motores reais, frequentemente utiliza-se o conceito de processo politrópico, no qual PVⁿ = constante, onde n é o índice politrópico. Este modelo generaliza processos termodinâmicos básicos: n = 0 (isobárico), n = 1 (isotérmico), n = γ (adiabático), n → ∞ (isocórico).

Um professor ao lecionar termodinâmica avançada apresenta um ciclo termodinâmico composto por quatro processos politrópicos sucessivos formando um ciclo fechado: (1→2) expansão com n₁ = 1,2; (2→3) resfriamento com n₂ = 1,5; (3→4) compressão com n₃ = 1,3; (4→1) aquecimento com n₄.

Para que este ciclo seja termodinamicamente possível (retorne ao estado inicial), qual deve ser aproximadamente o valor de n₄, sabendo que P₁V₁¹'² = P₂V₂¹'², P₂V₂¹'⁵ = P₃V₃¹'⁵, P₃V₃¹'³ = P₄V₄¹'³?

Considerando que R represente a constante universal dos gases, se um mol de um gás ideal, que ocupa um volume inicial V, sofrer compressão isotérmica até atingir a metade do seu volume inicial (V/2), a variação de entropia desse gás será igual a