Termodinâmica · ITA

Termodinâmica: questões do ITA

23 questões de Termodinâmica (Física) no ITA (2008–2026). Treine de graça com correção e comentário.

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Questões de Termodinâmica no ITA

23 no total

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ITA20261a faseQuestao 19FísicaTermodinâmicaDificil

Em um escritório, trabalham 10 funcionários de segunda a sexta, em um regime de oito horas por dia. Diariamente o ar-condicionado é ligado para manter o local de trabalho a 17 °C, sendo que o ambiente externo está a uma temperatura de 37 °C. Considere que o ar-condicionado funcione com máxima eficiência e que ele age apenas para retirar o calor gerado pelas pessoas, que é de 100 W por funcionário. Sabendo que a tarifa da energia elétrica é de R$ 0,91 por kWh, assinale o custo aproximado para usar o ar-condicionado durante 4 semanas.

A)R$ 8,00.
B)R$ 10,00.
C)R$ 14,00.
D)R$ 80,00.
E)R$ 170,00.

ITA20251a faseQuestao 18FísicaTermodinâmicaMuito dificilAnulada

Um recipiente de paredes diatérmicas é dividido ao meio por um êmbolo de área

A

. O lado esquerdo do êmbolo é conectado ao recipiente por uma mola ideal de constante elástica

k

, em uma região onde há vácuo. No lado direito do êmbolo, há um gás ideal a uma pressão inicial

P_{0}

. Então, uma quantidade

Q

de calor é transferida a esse gás por um processo reversível e isotérmico. Assinale a alternativa que fornece a diferença entre o comprimento natural da mola e o seu comprimento ao final do processo descrito.

Imagens anexadas

A) $\frac{2 Q}{k}$
B) $\frac{2 Q}{k} + \frac{P _{0} A}{k}$
C) $\frac{Q}{2 k} + \frac{P _{0} A}{k}$
D) $\frac{Q}{k} + (\frac{P _{0} A}{k})^{2}$
E) $\frac{2 Q}{k} + (\frac{P _{0} A}{k})^{2}$

ITA20231a faseQuestao 3FísicaTermodinâmicaDificil

Considere um recipiente, sobre uma plataforma, sujeito à pressão atmosférica

P_{a t m}

. Esse recipiente contém um volume inicial

V_{i}

de um gás monoatômico ideal em equilíbrio e tem um êmbolo de seção transversal de área

A

e de massa

m

. Para monitorar a aceleração do sistema, a plataforma foi suspensa por um dinamômetro, como ilustrado na figura. Por causa de uma ação de uma força externa vertical, o êmbolo atinge uma nova posição de equilíbrio. Nessa posição a leitura do dinamômetro indica que a aceleração do sistema é de

1/10

g

para cima. Determine o módulo do deslocamento

Δ x

do êmbolo, com relação ao fundo do recipiente, considerando que a transformação do gás é isentrópica.

Imagens anexadas

A) $Δ x = \frac{3 V _{i}}{2 A} (\frac{11 m g}{50 P _{a t m} A + 55 m g})$
B) $Δ x = \frac{V _{i}}{A} [1 - (\frac{A P _{a t m} + m g}{A P _{a t m} + 1 , 1 m g})^{5/3}]$
C) $Δ x = \frac{3 V _{i}}{A} (\frac{11 m g}{50 P _{a t m} A + 55 m g})$
D) $Δ x = \frac{V _{i}}{A} (\frac{0 , 1 m g}{A P _{a t m} + 1 , 1 m g})$
E) $Δ x = \frac{V _{i}}{A} [1 - (\frac{A P _{a t m} + m g}{A P _{a t m} + 1 , 1 m g})^{3/5}]$

ITA20231a faseQuestao 6FísicaTermodinâmicaDificilAnulada

Considere uma máquina térmica que opera com um ciclo termodinâmico composto de quatro etapas: (i) expansão isotérmica, à temperatura

T_{q}

, saindo do volume inicial

V_{0}

até o volume final

V_{f}

; (ii) resfriamento isocórico de

T_{q}

até

T_{f}

; (iii) compressão isotérmica, à temperatura

T_{f}

, de

V_{f}

até

V_{0}

; e (iv) aquecimento isocórico de

T_{f}

até

T_{q}

. A máquina é inicialmente preparada para operar com o ar atmosférico como fluido de trabalho. Sobre esse sistema, são feitas as seguintes afirmações: I. Aumentando-se a razão de expansão,

r = V_{f} / V_{i}

, é possível aumentar o rendimento da máquina mantendo os demais parâmetros fixos. II. Se o fluido de trabalho fosse substituído por um gás nobre, então o rendimento dessa máquina seria aumentado. III. Considerando os parâmetros

r = 10

T_{f} = 300

K e

T_{q} = 900

K, o valor do rendimento da máquina é superior a 50%. Sobre as afirmações I, II e III pode-se afirmar que:

A)todas estão corretas.
B)apenas I está incorreta.
C)apenas II está incorreta.
D)apenas III está incorreta.
E)apenas I e III estão incorretas.

ITA20221a faseQuestao 8FísicaTermodinâmicaMuito dificilAnulada

Um pesquisador mergulha uma lâmina bimetálica de latão e ferro de 5 cm de comprimento, 0,3 mm de espessura e perfeitamente plana a 20 °C em um fluido para estimar a sua temperatura. Um feixe de laser incide sobre a extremidade superior da lâmina, como mostra a figura abaixo. A extremidade inferior é mantida fixa e sempre vertical. A lâmina bimetálica encontra-se à distância

d = 20, 0

cm de uma das paredes do recipiente, atravessada pelo feixe no ponto

P_{1}

. O laser reflete na extremidade da lâmina bimetálica e volta a incidir sobre a mesma parede no ponto

P_{2}

, distante

L = 11, 4

cm do ponto

P_{1}

. As lâminas superpostas têm a mesma espessura, o coeficiente de dilatação linear do latão é igual a

α_{1} = 18 \times 1 0^{- 6} K^{- 1}

e do ferro igual a

α_{2} = 2 \times 1 0^{- 6} K^{- 1}

. Assinale a alternativa que apresenta o intervalo contendo a melhor estimativa da temperatura do fluido.

Imagens anexadas

A)30 °C ≤ T ≤ 80 °C
B)80 °C ≤ T ≤ 130 °C
C)130 °C ≤ T ≤ 180 °C
D)180 °C ≤ T ≤ 230 °C
E)230 °C ≤ T ≤ 280 °C

ITA20211a faseQuestao 6FísicaTermodinâmicaMedia

Um recipiente isolado é dividido em duas partes. A região

A

, com volume

V_{A}

, contém um gás ideal a uma temperatura

T_{A}

. Na região

B

, com volume

V_{B} = 2 V_{A}

, faz-se vácuo. Ao abrir um pequeno orifício entre as regiões, o gás da região

A

começa a ocupar a região

B

. Considerando que não há troca de calor entre o gás e o recipiente, a temperatura de equilíbrio final do sistema é

A) $T_{A} /3$
B) $T_{A} /2$
C) $T_{A}$
D) $2 T_{A}$
E) $3 T_{A}$

ITA20201a faseQuestao 9FísicaTermodinâmicaDificil

Uma certa quantidade de gás com temperatura inicial

T_{0}

, pressão

P_{0}

e volume

V_{0}

, é aquecida por uma corrente elétrica que flui por um fio de platina num intervalo de tempo

Δ t

. Esse procedimento é feito duas vezes: primeiro, com volume constante

V_{0}

e pressão variando de

P_{0}

para

P_{1}

e, a seguir, com pressão constante

P_{0}

e volume variando de

V_{0}

para

V_{1}

. Assinale a alternativa que explicita a relação

C_{P} / C_{V}

do gás.

A) $\frac{\frac{P _{0}}{P _{1}} - 1}{\frac{V _{0}}{V _{1}} - 1}$
B) $\frac{\frac{P _{1}}{P _{0}} - 1}{\frac{V _{1}}{V _{0}} - 1}$
C) $\frac{\frac{2 P _{0}}{P _{1}} - 1}{\frac{V _{0}}{V _{1}} - 1}$
D) $\frac{\frac{2 P _{1}}{P _{0}} - 1}{\frac{V _{1}}{V _{0}} - 1}$
E) $\frac{\frac{P _{1}}{P _{0}} - 1}{\frac{2 V _{1}}{V _{0}} - 1}$

ITA20201a faseQuestao 15FísicaTermodinâmicaDificil

Considere um sistema de três máquinas térmicas

M_{1}

M_{2}

M_{3}

acopladas, tal que o rejeito energético de uma é aproveitado pela seguinte. Sabe-se que a cada ciclo,

M_{1}

recebe

800

kJ de calor de uma fonte quente a

300

K e rejeita

600

kJ, dos quais

150

kJ são aproveitados por

M_{2}

para realização de trabalho. Por fim,

M_{3}

aproveita o rejeito de

M_{2}

e descarta

360

kJ em uma fonte fria a

6

K. São feitas as seguintes afirmações: I. É inferior a

225

K a temperatura da fonte fria de

M_{1}

. II. O rendimento do sistema é de

55%

. III. O rendimento do sistema corresponde a

80%

do rendimento de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. Conclui-se então que

A)somente a afirmação I está incorreta.
B)somente a afirmação II está incorreta.
C)somente a afirmação III está incorreta.
D)todas as afirmações estão corretas.
E)as afirmações I e III estão incorretas.

ITA20191a faseQuestao 8FísicaTermodinâmicaMedia

Em um reservatório são armazenados 1 mol de gás hélio e 1 mol de gás oxigênio em equilíbrio térmico. Por meio de um orifício de dimensões muito menores que o comprimento livre médio das espécies gasosas, inicia-se um vazamento de gás para o exterior. Sobre essa situação são feitas as seguintes afirmações: I. No interior do reservatório, os átomos de hélio têm, em média, energia cinética menor em comparação à das moléculas de oxigênio. II. No interior do reservatório, os átomos de hélio têm, em média, velocidade de translação maior em comparação à das moléculas de oxigênio. III. A porção do gás que vaza e a que permanece no interior do reservatório têm a mesma fração molar de hélio. Assinale a opção correta.

A)Apenas a afirmação I é falsa.
B)Apenas a afirmação II é falsa.
C)Apenas a afirmação III é falsa.
D)Há mais de uma afirmação falsa.
E)Todas as afirmações são verdadeiras.

ITA20181a faseQuestao 17FísicaTermodinâmicaMedia

No livro Teoria do Calor (1871), Maxwell escreveu referindo-se a um recipiente cheio de ar: "... iniciando com uma temperatura uniforme, vamos supor que um recipiente é dividido em duas partes por uma divisória na qual existe um pequeno orifício, e que um ser que pode ver as moléculas individualmente abre e fecha esse orifício de tal modo que permite somente a passagem de moléculas rápidas de A para B e somente as lentas de B para A. Assim, sem realização de trabalho, ele aumentará a temperatura de B e diminuirá a temperatura de A em contradição com ...". Assinale a opção que melhor completa o texto de Maxwell.

A)a primeira lei da termodinâmica.
B)a segunda lei da termodinâmica.
C)a lei zero da termodinâmica.
D)o teorema da energia cinética.
E)o conceito de temperatura.

ITA20181a faseQuestao 20FísicaTermodinâmicaDificil

Dois recipientes

A

B

de respectivos volumes

V_{A}

V_{B} = β V_{A}

, constantes, contêm um gás ideal e são conectados por um tubo fino com válvula que regula a passagem do gás, conforme a figura. Inicialmente o gás em

A

está na temperatura

T_{A}

sob pressão

P_{A}

e em

B

, na temperatura

T_{B}

sob pressão

P_{B}

. A válvula é então aberta até que as pressões finais

P_{A f}

P_{B f}

alcancem a proporção

P_{A f} / P_{B f} = α

, mantendo as temperaturas nos seus valores iniciais. Assinale a opção com a expressão de

P_{A f}

Imagens anexadas

A) $[(\frac{P _{B}}{P _{A}} \frac{T _{A}}{T _{B}} + β) / (β + \frac{1}{α} \frac{T _{A}}{T _{B}})] P_{A}$ .
B) $[(1 + β \frac{P _{B}}{P _{A}} \frac{T _{A}}{T _{B}}) / (1 - \frac{β}{α} \frac{T _{A}}{T _{B}})] P_{A}$ .
C) $[(1 + β \frac{P _{B}}{P _{A}} \frac{T _{A}}{T _{B}}) / (1 + \frac{β}{α} \frac{T _{A}}{T _{B}})] P_{A}$ .
D) $[(1 + β \frac{P _{B}}{P _{A}} \frac{T _{A}}{T _{B}}) / (α + β \frac{T _{A}}{T _{B}})] P_{A}$ .
E) $[(β \frac{P _{B}}{P _{A}} \frac{T _{A}}{T _{B}} - 1) / (α + β \frac{T _{A}}{T _{B}})] P_{A}$ .

ITA20171a faseQuestao 18FísicaTermodinâmicaMuito dificil

Uma transformação cíclica

X Y Z X

de um gás ideal indicada no gráfico

P \times V

opera entre dois extremos de temperatura, em que

Y Z

é um processo de expansão adiabática reversível. Considere

R = 2, 0

cal/mol·K

= 0, 082

atm·ℓ/mol·K,

P_{Y} = 20

atm,

V_{Z} = 4, 0

ℓ,

V_{Y} = 2, 0

ℓ e a razão entre as capacidades térmicas molares, a pressão e a volume constante, dada por

C_{P} / C_{V} = 2, 0

. Assinale a razão entre o rendimento deste ciclo e o de uma máquina térmica ideal operando entre os mesmos extremos de temperatura.

Imagens anexadas

A)0,38
B)0,44
C)0,55
D)0,75
E)2,25

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