Questõesde ENEM sobre 1ª Lei da Termodinâmica
Na montagem de uma cozinha para um restaurante, a escolha do material correto
para as panelas é importante, pois a panela que conduz mais calor é capaz de cozinhar
os alimentos mais rapidamente e, com isso, há economia de gás. A taxa de condução do
calor depende da condutividade k do material, de sua área A, da diferença de temperatura ΔT e da espessura d do material, sendo dada pela relação . Em panelas com dois materiais, a taxa de condução é dada por , em que d1 e d2 são as espessuras dos dois materiais, e k1 e k2 são as condutividades de cada material. Os
materiais mais comuns no mercado para panelas são o alumínio (k = 20 W/m K), o ferro
(k = 8 W/m K) e o aço (k = 5 W/m K) combinado com o cobre (k = 40 W/m K).
Compara-se uma panela de ferro, uma de alumínio e uma composta de 1/2 da
espessura em cobre e 1/2 da espessura em aço, todas com a mesma espessura total e
com a mesma área de fundo.
A ordem crescente da mais econômica para a menos econômica é
Na cidade de São Paulo, as ilhas de calor são responsáveis pela alteração da
direção do fluxo da brisa marítima que deveria atingir a região de mananciais. Mas, ao
cruzar a ilha de calor, a brisa marítima agora encontra um fluxo de ar vertical, que
transfere para ela energia térmica absorvida das superfícies quentes da cidade,
deslocando-a para altas altitudes. Dessa maneira, há condensação e chuvas fortes no
centro da cidade, em vez de na região de mananciais. A imagem apresenta os três
subsistemas que trocam energia nesse fenômeno.
No processo de fortes chuvas no centro da cidade de São Paulo, há dois
mecanismos dominantes de transferência de calor: entre o Sol e a ilha de calor, e entre a
ilha de calor e a brisa marítima.
VIVEIROS, M. Ilhas de calor afastam chuvas de represas. Disponível em: www2.feis.unesp.br.
Acesso em: 3 dez. 2019 (adaptado).
Esses mecanismos são, respectivamente,
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
Em um manual de instruções de uma geladeira,
constam as seguintes recomendações:
• Mantenha a porta de seu refrigerador aberta
apenas o tempo necessário;
• É importante não obstruir a circulação do ar com a
má distribuição dos alimentos nas prateleiras;
• Deixe um espaço de, no mínimo, 5 cm entre a parte
traseira do produto (dissipador serpentinado) e a
parede.
Com base nos princípios da termodinâmica, as justificativas
para essas recomendações são, respectivamente:
Em um manual de instruções de uma geladeira, constam as seguintes recomendações:
• Mantenha a porta de seu refrigerador aberta apenas o tempo necessário;
• É importante não obstruir a circulação do ar com a má distribuição dos alimentos nas prateleiras;
• Deixe um espaço de, no mínimo, 5 cm entre a parte traseira do produto (dissipador serpentinado) e a parede.
Com base nos princípios da termodinâmica, as justificativas
para essas recomendações são, respectivamente:
Os materiais são classificados pela sua natureza química e estrutural, e as diferentes
aplicações requerem características específicas, como a condutibilidade térmica, quando são
utilizados, por exemplo, em utensílios de cozinha. Assim, os alimentos são acondicionados em
recipientes que podem manter a temperatura após o preparo. Considere a tabela, que
apresenta a condutibilidade térmica (K) de diferentes materiais utilizados na confecção de
panelas.
Qual dos materiais é o recomendado para manter um alimento aquecido por um maior
intervalo de tempo?
Os materiais são classificados pela sua natureza química e estrutural, e as diferentes aplicações requerem características específicas, como a condutibilidade térmica, quando são utilizados, por exemplo, em utensílios de cozinha. Assim, os alimentos são acondicionados em recipientes que podem manter a temperatura após o preparo. Considere a tabela, que apresenta a condutibilidade térmica (K) de diferentes materiais utilizados na confecção de panelas.
Qual dos materiais é o recomendado para manter um alimento aquecido por um maior
intervalo de tempo?
O leite UHT (do inglês Ultra-High Temperature) é o leite tratado termicamente por um
processo que recebe o nome de ultrapasteurização. 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
O leite UHT (do inglês Ultra-High Temperature) é o leite tratado termicamente por um processo que recebe o nome de ultrapasteurização. 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
As panelas de pressão reduzem o tempo de
cozimento dos alimentos por elevar a temperatura de
ebulição da água. Os usuários conhecedores do utensílio
normalmente abaixam a intensidade do fogo em panelas
de pressão após estas iniciarem a saída dos vapores.
Ao abaixar o fogo, reduz-se a chama, pois assim evita-se o(a)
Durante a primeira fase do projeto de uma usina de
geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe
de avaliação de impactos ambientais procuram saber se
esse projeto está de acordo com as normas ambientais.
A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja
temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua
água somente para refrigeração. O projeto pretende que
a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em
razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será
dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de
calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de
maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros
determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio
com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C
em relação à temperatura da água do rio captada pelo
sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da
água igual a 4 kJ/(kg °C).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo
de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser
mais próximo de
Durante a primeira fase do projeto de uma usina de geração de energia elétrica, os engenheiros da equipe de avaliação de impactos ambientais procuram saber se esse projeto está de acordo com as normas ambientais. A nova planta estará localizada à beira de um rio, cuja temperatura média da água é de 25 °C, e usará a sua água somente para refrigeração. O projeto pretende que a usina opere com 1,0 MW de potência elétrica e, em razão de restrições técnicas, o dobro dessa potência será dissipada por seu sistema de arrefecimento, na forma de calor. Para atender a resolução número 430, de 13 de maio de 2011, do Conselho Nacional do Meio Ambiente, com uma ampla margem de segurança, os engenheiros determinaram que a água só poderá ser devolvida ao rio com um aumento de temperatura de, no máximo, 3 °C em relação à temperatura da água do rio captada pelo sistema de arrefecimento. Considere o calor específico da água igual a 4 kJ/(kg °C).
Para atender essa determinação, o valor mínimo do fluxo de água, em kg/s, para a refrigeração da usina deve ser mais próximo de
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 possível fornecer calor ao gás e, com auxílio 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 Ah, 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
A diferença no comportamento dos gases no experimento decorre do fato de o gás M, em relação ao V, apresentar
No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante
No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante
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 utilizada 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
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