Resolução: Termologia: Termodinâmica

01. (Enem Digital 2020) O leite UHT (do inglês Ultra-High Temperature) é o leite tratado termicamente por um processo que recebe o nome de ultra pasteurização. Elevando sua temperatura homogeneamente a 135 °C por apenas 1 ou 2 segundos, o leite é esterilizado sem prejudicar significativamente seu sabor e aparência. Desse modo, ele pode ser armazenado, sem a necessidade de refrigeração, por meses. Para alcançar essa temperatura sem que a água que o compõe vaporize, o leite é aquecido em alta pressão. É necessário, entretanto, resfriar o leite rapidamente para evitar o seu cozimento. Para tanto, a pressão é reduzida subitamente, de modo que parte da água vaporize e a temperatura diminua.

O processo termodinâmico que explica essa redução súbita de temperatura é a

1. convecção induzida pelo movimento de bolhas de vapor de água.
2. emissão de radiação térmica durante a liberação de vapor de água.
3. expansão livre do vapor de água liberado pelo leite no resfriamento.
4. conversão de energia térmica em energia química pelas moléculas orgânicas.
5. transferência de energia térmica durante a vaporização da água presente no leite.

02. (Enem PPL 2020) Tanto a conservação de materiais biológicos como o resfriamento de certos fotodetectores exigem baixas temperaturas que não são facilmente atingidas por refrigeradores. Uma prática comum para atingi-las é o uso de nitrogênio líquido, obtido pela expansão adiabática do gás N2, contido em um recipiente acoplado a um êmbolo, que resulta no resfriamento em temperaturas que chegam até seu ponto de liquefação em −196 °C. A figura exibe o esboço de curvas de pressão em função do volume ocupado por uma quantidade de gás para os processos isotérmico e adiabático. As diferenças entre esses processos podem ser identificadas com base na primeira lei da termodinâmica, que associa a variação de energia interna à diferença entre o calor trocado com o meio exterior e o trabalho realizado no processo.

A expansão adiabática viabiliza o resfriamento do N2 porque

1. a entrada de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
2. a saída de calor que ocorre na expansão por causa do trabalho contribui para a diminuição da temperatura.
3. a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente ao fluxo de calor, que diminui a temperatura do sistema.
4. a variação da energia interna é nula e o trabalho é associado diretamente à entrada de frio, que diminui a temperatura do sistema.
5. o trabalho é associado diretamente à variação de energia interna e não há troca de calor entre o gás e o ambiente.

03. (Enem 2017 PPL) As especificações de um chuveiro elétrico são: potência de 4000 W, consumo máximo mensal de 21,6 kWh e vazão máxima de 3L/min. Em um mês, durante os banhos, esse chuveiro foi usado com vazão máxima, consumindo o valor máximo de energia especificado. O calor específico da água é de 4200 J/(kg ºC) e sua densidade é igual a 1kg/L.

A variação da temperatura da água usada nesses banhos foi mais próxima de

1. 16 ºC
2. 19 ºC
3. 37 ºC
4. 57 ºC
5. 60 ºC

04. (Enem 2017 PPL) Rudolf Diesel patenteou um motor a combustão interna de elevada eficiência, cujo ciclo esta esquematizado no diagrama pressão x volume. O ciclo Diesel é composto por quatro etapas, duas das quais são transformações adiabáticas. O motor de Diesel é caracterizado pela compressão de ar apenas, com a injeção do combustível no final.

No ciclo Diesel, o calor é absorvido em:

1. A → B e C → D, pois em ambos ocorre realização de trabalho.
2. A → B e B → C, pois em ambos ocorre elevação da temperatura.
3. C → D, pois representa uma expansão adiabática e o sistema realiza trabalho.
4. A → B, pois representa uma compressão adiabática em que ocorre elevação da temperatura.
5. B → C, pois representa expansão isobárica em que o sistema realiza trabalho e a temperatura se eleva.

05. (Enem 2017 PPL) O aproveitamento da luz solar como fonte de energia renovável tem aumentado significativamente nos últimos anos. Uma das aplicações é o aquecimento de água(ρ água = 1 kg/L) para uso residencial. Em um local, a intensidade da radiação solar efetivamente captada por um painel solar com área de 1m² é de 0,03 kW/m². O valor do calor específico da água é igual a 4,2 kJ/(kgºC).

Nessa situação, em quanto tempo é possível aquecer 1 litro de água de 20ºC até 70ºC?

1. 490 s
2. 2800 s
3. 6300 s
4. 7000 s
5. 9800 s

06. (Enem 2016 PPL) O motor de combustão interna, utilizado no transporte de pessoas e cargas, é uma máquina térmica cujo ciclo consiste em quatro etapas: admissão, compressão, explosão/expansão e escape. Essas etapas estão representadas no diagrama da pressão em função do volume. Nos motores a gasolina, a mistura ar/combustível entra em combustão por uma centelha elétrica.

Para o motor descrito, em qual ponto do ciclo é produzida a centelha elétrica?

1. A
2. B
3. C
4. D
5. E

07. (Enem 2016 PPL) 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

1. realizam trabalho mecânico.
2. produzem aumento da entropia.
3. utilizam transformações adiabáticas.
4. contrariam a lei da conservação de energia.
5. funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

08. (Enem 2014) Um sistema de pistão contendo um gás é mostrado na figura. Sobre a extremidade superior do êmbolo, que pode movimentar-se livremente sem atrito, encontra-se um objeto. Através de uma chapa de aquecimento é possı́vel fornecer calor ao gás e, com auxı́lio de um manômetro, medir sua pressão. A partir de diferentes valores de calor fornecido, considerando o sistema como hermético, o objeto elevou-se em valores Δh, como mostrado no gráfico. Foram estudadas, separadamente, quantidades equimolares de dois diferentes gases, denominados M e V.

A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar

1. maior pressão de vapor.
2. menor massa molecular.
3. maior compressibilidade.
4. menor energia de ativação.
5. menor capacidade calorı́fica.

09. (Enem 2012) Aumentar a eficiência na queima de combustı́vel dos motores a combustão e reduzir suas emissões de poluentes é a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faı́sca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustı́vel gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar.

Disponı́vel em: www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).

No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante

1. o tipo de combustı́vel, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.
2. um dos princı́pios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal.
3. o funcionamento cı́clico de todos os motores. A repetição contı́nua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo.
4. as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contı́nuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.
5. a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.

10. (Enem 2011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser ultilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a

1. liberação de calor dentro do motor ser impossível.
2. realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
3. conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
4. transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
5. utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

11. (Enem 2009 PPL)

A luz solar que atinge a parte superior da atmosfera terrestre chega a uma taxa constante de 135,2 mW/cm². Dessa radiação, apenas 50% conseguem chegar à superfície, pois parte dela é refletida pelas nuvens e absorvida pela atmosfera. A radiação solar pode ser aproveitada para aquecer água de reservatórios, entre outras aplicações. Um sistema básico para transformar energia solar em térmica é ilustrado na figura ao lado acima. Esse sistema é constituído de coletores solares e de um reservatório térmico, chamado boiler. Os coletores solares, geralmente, são feitos de materiais que absorvem bem a radiação solar, e o calor gerado nos coletores é transferido para a água que circula no interior de suas tubulações de cobre. A água aquecida é armazenada no boiler. Dessa forma, a água é mantida quente para consumo posterior. A caixa de água fria alimenta o boiler, mantendo-o sempre cheio.

Disponível em: www.icb.ufmg.br. Acesso em: 22 jun. 2008 (adaptado).

É correto afirmar que os coletores solares permitem boa economia de energia, pois

1. se aplicam à produção tanto de energia térmica quanto elétrica.
2. constituem fonte energética alternativa aos combustíveis fósseis usados no transporte.
3. convertem energia radiante em energia térmica, que é usada no processo de aquecimento da água.
4. permitem economizar até 135,2 mWh de energia elétrica, que seriam gastos com aquecimento elétrico.
5. a energia luminosa coletada por eles pode ser usada para reduzir o número de lâmpadas usadas no ambiente.

12. (Enem 2009) É possı́vel, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20^oC a 55^oC. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11Ω, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água. Considerando que o calor especı́fico da água é igual a 4,19J.g⁻¹.^oC⁻¹, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão?

1. A quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos.
2. A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão.
3. A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão.
4. A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão.
5. A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão.