Ficha nº2

1.3.1 Sistema termodinâmico. Sistema isolado

1.3.2 Temperatura, equilíbrio térmico e escalas de temperatura

1. Explique porque é que no estudo de um sistema termodinâmico este não pode ser representado pelo seu centro de massa.

2. A temperatura normal do corpo humano é, em média, 36,5 ºC.

a) Qual é o valor da temperatura na unidade SI?

b) Se uma pessoa tiver febre e a sua temperatura for de 39 ºC, que elevação de temperatura ocorreu, em kelvin?

3. Para medir a temperatura de um corpo com um termómetro de mercúrio, deve colocar-se a extremidade do termómetro em contacto direto com o corpo e manter o termómetro assim durante algum tempo, antes de fazer a leitura.

3.1. Por que razão é necessário esperar um certo intervalo de tempo antes de se fazer a leitura da temperatura?

Para que se estabeleça o equilíbrio térmico, de forma que a temperatura indicada no termómetro coincida com a temperatura do corpo.

3.2. Selecione a opção que completa corretamente a afirmação seguinte.

Se dois corpos, A e B, forem colocados em contacto térmico, estando o corpo B inicialmente a maior temperatura, verifica-se que ...

(A) a temperatura do corpo A diminui e no final os corpos A e B ficam à mesma temperatura.

(B) a temperatura do corpo A aumenta e no final os corpos A e B ficam à mesma temperatura.

(C) a temperatura do corpo A diminui e no final a temperatura do corpo B será menor que a temperatura do corpo A.

(D) a temperatura do corpo A aumenta e no final a temperatura do corpo B será menor que a temperatura do corpo A.

3.3. Comente a afirmação seguinte:

"O equilíbrio térmico entre dois sistemas implica que ambos os sistemas tenham a mesma energia interna."

Fundamente a resposta, exemplificando.

4. Classifique as seguintes afirmações em verdadeiras [V] ou falsas [F].

A. Uma variação de temperatura de 1 ºC é igual a uma variação de temperatura de 1 K.

B. A mão fica mais «fria» quando toca em gelo porque passa frio do gelo para a mão.

C. Uma lata negra em contacto com a sua vizinhança está em equilíbrio térmico com a mesma , pelo que já não emite radiação eletromagnética nem absorve radiação eletromagnética da sua vizinhança.

D. É possível fornecermos 100 J de energia, durante 1 s, a um sistema e dura nte esse segundo 99 J de energia atravessarem a fronteira do sistema no sentido da vizinhança .

5. A figura mostra as escalas de temperatura Celsius (ºC), Fahrenheit (ºF) e kelvin (K).

5.1 Selecione a opção correta.

A. O intervalo de temperaturas de 1 ºC é igual ao intervalo de temperaturas de 1 ºF.

B. Ambas as escalas, Celsius e Fahrenheit, são divididas em 100 partes.

C. O intervalo de temperaturas de 1 ºC é igual ao interva lo de temperaturas de 1 K.

D. Somente a escala Celsius está divida em 100 partes.

5.2 Num dia em que a temperatura do ar seja -2,0 ºC, que valor indicará um termómetro graduado na escala de kelvin?

5.3 Mostre que a relação entre as três escalas é dada pela expressão:

6. Que propriedade dos sistemas se compara quando se diz que um corpo está mais quente do que outro?

(A) Energia potencial.

(B) Energia interna.

(C) Temperatura.

(D) Calor.

7. A temperatura à superfície do Sol é cerca de 6000 ºC.

Investigação recente prevê que o núcleo da Terra tenha uma temperatura semelhante a esta.

Já a estrela Polar, que nos indica o norte geográfico no hemisfério norte, tem uma temperatura de 7200 K à sua superfície.

a) Qual é a temperatura prevista para o núcleo da Terra na unidade SI?

b) Qual é a temperatura da superfície da estrela Polar na escala Celsius?

8. Dois blocos de madeira estão, durante um longo intervalo de tempo, em contacto direto com um outro de mármore, constituindo um sistema isolado.

Selecione a opção correta.

(A) A temperatura de cada bloco é distinta dos demais.

(B) A temperatura dos blocos de madeira é maior que a do bloco de mármore.

(C) Os três blocos estão em equilíbrio térmico entre si.

(D) Os três blocos possuem a mesma energia interna.

9. Na termodinâmica, os sistemas são classificados, em relação às trocas de massa e de energia com as respetivas vizinhanças, como abertos, fechados e isolados.

Considere os sistemas:

A. Café numa garrafa térmica perfeitamente tapada.

B. Líquido refrigerante num radiador.

C. Lamparina de álcool acesa.

Classifique cada um dos sistemas A, B e C como aberto (A), fechado (F) ou isolado (I).

10. Identifique qual das seguintes opções pode completar corretamente a frase seguinte: A diminuição da temperatura de um determinado sistema reveta que ...

(A) ... aumentou a sua energia interna.

(B) ... diminuiu o calor das suas partículas.

(C) ... diminuiu a agitação das suas partículas.

(D) ... aumentou a energia cinética das suas partículas.

11. À latitude do círculo polar ártico a amplitude térmica é, geralmente, superior a 30 ºC. Qual é a amplitude térmica mínima na unidade SI?

12. Classifique em verdadeira (V) ou falsa (F) cada uma das afirmações seguintes.

(A) A temperatura de um corpo é a energia interna que um corpo contém.

(B) A temperatura de um corpo depende do número de corpúsculos que o constituem.

(C) A temperatura de um corpo é uma medida da energia cinética dos seus corpúsculos.

(D) A energia cinética média das moléculas de água à temperatura de 5 ºC é menor do que a das moléculas existentes no mesmo volume de água à temperatura de 40 ºC.

(E) Dois corpos em equilíbrio térmico podem apresentar temperaturas diferentes.

13. Com o objetivo de estabelecer o balanço energético, adicionou-se gelo fragmentado fundente (0ºC) a água líquida à temperatura ambiente (20 ºC). Colocou-se a mistura num copo destapado.

Identifique a fronteira, o sistema e a vizinhança quando o sistema em estudo é:

a) «Gelo + água líquida»;

b) Agua líquida;

c) Gelo.

14. Numa aula de Física, duas alunas mediram a temperatura da mesma amostra de nitrogénio líquido acabado de verter para um gobelé com dois sensores de temperatura diferentes. Uma disse que a temperatura do nitrogénio é 76,80 graus, a outra, espantada, disse que não, que é de - 196,35 graus, ou então os sensores estão estragados! A professora sorriu e pediu que vissem melhor!

14.1. Estará correto apresentar os valores de temperatura em graus?

14.2. O que é que as alunas devem "ver melhor" para esclarecer a situação?

14.3. Sabendo que à temperatura ambiente e pressão atmosférica normal o nitrogénio se encontra no estado gasoso, identifique as escalas em que cada uma das alunas mediu a temperatura da amostra.

15. O hidrogénio tem um ponto de ebulição de -252,87 ºC. A que temperatura se liquefaz, em kelvin?

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