P1 de Física 2 da UFRJ - 2017.2

Um pesquisador quer estudar o comportamento termodinâmico de sólidos através de uma simulação de computador. Ele modela um sólido como uma rede cristalina de N átomos idênticos ligados aos seus vizinhos por molas ideais. Para testar se sua simulação está bem feita, ele calcula a energia interna do seu sólido. Qual o valor que ele espera encontrar?

(a) Eint = (1/2)NkBT.

(b) Eint = NkBT.

(c) Eint = (3/2)NkBT.

(d) Eint = (5/2)NkBT.

(e) Eint = 2NkBT.

(f) Eint = 3NkBT.

Considere um fluido cuja densidade varia com a pressão como , onde C é uma constante conhecida, sujeito a uma aceleração da gravidade uniforme. Supondo conhecida a pressão p0 no fundo do recipiente (z = 0), a pressão em um ponto arbitrário do fluido pode ser escrita como:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Escreva o rendimento K de um refrigerador de Carnot, em função da eficiência de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas que esse refrigerador.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Uma barra homogênea com coeficiente de dilatação linear , mantida entre dois suportes rígidos com coeficiente de dilatação desprezível, é submetida a uma variação de temperatura T e, como resultado, se parte na sua metade, como mostrado na figura.

Considerando que a variação de temperatura é pequena quando comparada à temperatura inicial (), a altura x atingida pelo centro da barra pode ser escrita como:

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Um fluido incompressível com densidade escoa por uma tubulação horizontal e sai para o ar livre (a pressão atmosférica patm), com velocidade v1, após passar por um estrangulamento, no qual o diâmetro da tubulação diminui de d2 para d1. A pressão manométrica p2 - patm na tubulação, antes do estrangulamento, é dada por:

a)

b)

c)

d)

e)

f)

A figura mostra uma instalação hidráulica com caixa d'água e o cano ao qual deve ser conectada uma ducha. O valor da pressão da água na ducha é dado por:

(a) ;

(b) ;

(c) ;

(d) ;

(e) ;

Considere o ciclo diesel reversível, formado por uma isóbara, uma isócora e duas adiabáticas, realizado por um mol de gás ideal, como representado no diagrama P-V abaixo:

a) Calcule o trabalho total no ciclo, em termos das temperaturas nos estados 1, 2, 3 e 4 e da capacidade térmica molar a volume constante do gás.

b) Calcule o rendimento do ciclo, em termos das temperaturas nos estados 1, 2, 3 e 4 e da razão entre as capacidades térmicas molares à pressão e volume constantes.

c) Represente o ciclo no diagrama S-T, indicando claramente qual o comportamento em cada etapa.

Um cilindro conectado a um pistão contém um gás ideal em equilíbrio térmico com temperatura T, volume V e pressão P. Este cilindro está imerso em um reservatório térmico com a mesma temperatura T e o pistão acoplado pode ser movido lentamente ou bruscamente, causando uma variação de volume V, que pode ser positiva ou negativa. A parede do cilindro pode ser de material condutor ou isolante térmico, o que vai determinar a natureza do processo termodinâmico sofrido pelo gás. Para os cinco processos termodinâmicos descritos de acordo com a variação do volume, movimento do pistão e material das paredes do cilindro:

i. V > 0, lento, condutor

ii. V > 0, lento, isolante

iii. V > 0, rápido, isolante

iv. V > 0, rápido, condutor

v. V

Assinale a alternativa correta:

(a) O processo I equivale a uma expansão livre adiabática:

(b) O processo II equivale a uma expansão adiabática:

(c) O processo III equivale a uma expansão isotérmica:

(d) O processo IV equivale a uma expansão livre isotérmica:

(e) O processo V equivale a uma compressão livre isotérmica:

(f) O processo III equivale a uma expansão adiabática:

Uma parede composta de três camadas (de mesma espessura) de materiais A, B e C separa dois reservatórios térmicos com temperaturas e . No regime estacionário, o perfil de temperatura na parede pode ser representado pela figura. Sabendo que , e representam as quantidades de calor que passam através das interfaces indicadas na figura, , e são as condutividades térmicas dos materiais e e as temperaturas nas interfaces 2 e 3, podemos escrever que:

(a) , e

(b) , e

(c) , e

(d) , e

(e) , e

(f) , e

Um feixe de moléculas idênticas de massa m e velocidade está direcionado para uma parede, em um ângulo com a normal à parede. O feixe possui n moléculas por unidade de volume e atinge a parede sobre uma área dA, como mostrado na figura. Qual é a pressão que o feixe exerce sobre a parede?

(a) .

(b).

(c) dA.

(d) .

(e).