P1 de Física 2 da UFRJ - 2017.1

Em relação a teoria cinética dos gases, é correto afirmar para o caso de gases monoatômicos que:

(a) A energia cinética média das moléculas de um gás depende apenas e exclusivamente, das massas das moléculas desse gás;

(b) Quando quadruplicamos a temperatura absoluta de um conjunto de moléculas de um gás,

suas moléculas terão velocidades médias quadruplicadas.

(c) Quanto maiores as interações entre as moléculas de um gás, mais rigorosamente ele se comportará como um gás ideal.

(d) Numa mesma temperatura, independentemente das massas molares de cada gás, as mo-

léculas têm energias cinéticas médias iguais.

(e) As colisões entre as moléculas de um gás ideal com as paredes do recipiente que as contém são inelásticas para qualquer tipo de gás ideal.

Um recipiente próximo a superfície terrestre onde a aceleração da gravidade é , com g constante, e contendo um fluido de densidade constante e massa é submetido a uma força adicional, uniforme, , onde A e B são constantes positivas.

Como varia a pressão no interior do fluido, considerando que o mesmo se encontra em equilíbrio?

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g) Nenhuma das respostas anteriores.

Um reservatório A com superfície fechada, é conectado a um tubo B, aberto para a atmosfera, com área de seção reta constante e muito menor que a superfície de água em A, como mostra a figura.

Considerando que existe um fluxo de água entre esses dois reservatórios, a velocidade da água no ponto C, indicado na figura, é dada por:

Na figura mostra-se o ciclo fechado para um fluido termodinâmico. A variação da energia interna do gás no percurso é . Quando o gás passa de para recebe na forma de calor. Mais são recebidos quando o gás passa de para . Qual é o trabalho realizado sobre o gás quando ele passa de c para d?

A figura abaixo mostra três recipientes com a mesma área da base e contendo o mesmo fluido incompressível, que exerce a mesma força F sobre a base. Considere que os recipientes têm a mesma massa.

De acordo com o paradoxo hidrostático, podemos dizer que, a relação correta entre a força e o peso de fluido em cada um dos recipientes é:

Um gás ideal sofre um processo reversível do seu estado inicial , ,  para o seu estado final , , . O gráfico mostra os dois caminhos possíveis, onde:

O gás sofre uma expansão isotérmica seguida de uma compressão adiabática.

O gás sofre uma compressão adiabática seguida de uma expansão isotérmica.

Sobre a variação de entropia  e a variação da energia interna  nos processos, é correto afirmar que

Nenhuma das alternativas anteriores.

Considere duas chapas finas com áreas e , feitas de materiais isotrópicos com coeficientes de dilatação linear térmica respectivamente dados por e . Quando submetidas a um aumento de temperatura , qual o coeficiente de dilatação térmica superficial que atribuiremos à chapa composta cuja área inicial é ?

(a)

(b) ()/()

(c) ()/(2)

(d) 2()

(e)

(f) ()/2

(g) Não é possível determinar com os dados do enunciado.

Dois cilindros de metal de mesma seção reta de área A, com coeficientes de condutividade térmica , e comprimentos estão unidos por uma de suas extremidades. A extremidade livre do cilindro com é mantida a temperatura , já a do outro cilindro é

mantida a temperatura . No regime estacionário, quando o fluxo de calor é independente da posição ao longo dos cilindros, qual é a temperatura na junção dos cilindros e a quantidade de calor Q que atravessa a barra num intervalo de tempo ?

1. ,
2. ,
3. ,
4. ,
5. ,
6. ,

Um engenheiro propôs à sua empresa construir uma máquina térmica onde um gás ideal monoatômico sofre os processos indicados no diagrama da figura:

: processo isotérmico

: processo adiabático

: processo adiabático

A proposta foi rejeitada.

Quais das afirmativas abaixo são justificativas corretas para esta rejeição:

1. Esta máquina não funciona pois viola a segunda lei da termodinâmica.
2. Esta máquina não interessa pois tem uma eficiência muito baixa.
3. O ciclo é inconsistente. Uma das etapas indicadas não pode ocorrer.
4. Esta máquina não funciona pois viola a primeira lei da termodinâmica.

1. I e III
2. I e IV
3. I
4. IV
5. II e IV

Um gás ideal de coeficiente adiabático é submetido ao ciclo mostrado na figura, onde ab é um segmento de reta.

i) Calcule o trabalho e o calor no ciclo completo.

ii) Este ciclo representa um motor térmico ou um refrigerador? Justifique.

iii) Determine a temperatura do sistema nos pontos a, b e c.

iv) Considerando a maior e a menor temperatura, determine o rendimento de uma máquina de Carnot operando entre estes valores.

v) Determine o calor nos processos , e em termos das constantes (calor específico a volume constante) e R (constante universal dos gases). Indique se cada um deles é absorvido ou rejeitado pelo gás.

vi) Calcule o rendimento desta máquina térmica como função de . Este rendimento é maior ou menor que o de Carnot? Justifique a resposta com base nos cálculos obtidos.