Primeira Lei da Termodinâmica - Resolução

01. (Enem 2022) A variação da incidência de radiação solar sobre a superficie 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 Mcomparar 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:

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

1. 1,0.
2. 2,1.
3. 2,5.
4. 5,3.
5. 13,1.

02. (Enem 2021) Considere a tirinha, na situação em que a temperatura do ambiente é inferior à temperatura corporal dos personagens.

O incômodo mencionado pelo personagem da tirinha deve-se ao fato de que, em dias úmidos

1. a temperatura do vapor-d'água presente no ar é alta.
2. o suor apresenta maior dificuldade para evaporar do corpo.
3. a taxa de absorção de radiação pelo corpo torna-se maior.
4. o ar torna-se mau condutor e dificulta o processo de liberação de calor.
5. o vapor-d'água presente no ar condensa-se ao entrar em contato com a pele.

03. (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.

04. (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.

05. (Enem 2018 PPL) Para preparar um sopa instantânea, uma pessoa aquece em um forno micro-ondas 500 g de água em uma tigela de vidro de 300 g. A temperatura inicial da tigela e da água era de 6 °C. Com o forno de micro-ondas funcionando a uma potência de 800 W, a tigela e a água atingiram a temperatura de 40 °C em 2,5 min. Considere que os calores específicos do vidro e da sopa são, respectivamente, cal 0,2 $\frac{\mathrm{cal}}{\mathrm{g\; °C}}$ e 1,0 $\frac{\mathrm{cal}}{\mathrm{g\; °C}}$, e que 1 cal = 4,2 J.

Que percentual aproximado da potência usada pelo micro-ondas é efetivamente convertido em calor para o aquecimento?

1. 11,8%
2. 45,0%
3. 57,1%
4. 66,7%
5. 78,4%

06. (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

07. (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

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 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.

10. (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.

11. (Enem 2017) No manual fornecido pelo fabricante de uma ducha elétrica de 220V é apresentado um gráfico com a variação da temperatura da água em função da vazão para três condições (morno, quente e superquente). Na condição superquente, a potência dissipada é de 6500W. Considere o calor específico da água igual a 4200J/(kg ºC) e densidade da água igual a 1 kg/L.

Com base nas informações dadas, a potência na condição morno corresponde a que fração da potência na condição superquente?

1. 1/3
2. 1/5
3. 3/5
4. 3/8
5. 5/8