Ficha nº3

1.3.1 Sistema termodinâmico. Sistema isolado

1.3.2 Temperatura, equilíbrio térmico e escalas de temperatura

1. Lord Kelvin (título de nobreza dado ao célebre físico britânico William Thompson) estabeleceu uma associação entre a energia de agitação das moléculas de um sistema e a sua temperatura. Deduziu que a menor temperatura que um corpo poderia atingir, corresponderia a -273,15 ºC. Esta temperatura passou a ser o zero da sua escala - o zero absoluto - mantendo-se o valor da escala de Celsius para uma unidade de diferença de temperatura.

Para cada uma das alíneas, selecione a opção correta.

1.1. Considere um recipiente com gás, fechado e cuja variação de volume é desprezável.

(A) O estado de agitação é o mesmo para as temperaturas de 100 ºC e 100 K.

(B) À temperatura de 0 ºC, o estado de agitação das moléculas é o mesmo que a 273,15 K.

(C) A energia cinética média interna das moléculas é maior a -173 ºC do que a -127 ºC.

(D) A -32 ºC, a energia cinética média interna das moléculas é menor do que a 241,15 K.

1.2. Numa determinada região, a temperatura média anual subiu de 13,35 ºC em 1995 para 13,80 ºC em 2010. Seguindo a tendência de aumento linear observada entre 1995 e 2010, a temperatura média em 2014, em unidade do SI, deverá ser ...

(A) 273,60 K.

(B) 259,23 K.

(C) 287,31 K.

(D) 272, 70 K.

2. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

Diz-se que um sistema atingiu um estado de equilíbrio termodinâmico quando ...

A . ... a temperatura permanece constante no tempo.

B . ... as propriedades macroscópicas que se podem medir deixam de variar com o tempo.

C . ... a pressão e a temperatura permanecem constantes no tempo.

D . ... as propriedades microscópicas que se podem medir deixam de variar no tempo.

3. Porque não é correto referir como unidade de medida da temperatura o "grau centígrado"?

4. Na escala de Kelvin os pontos de fusão e de ebulição da água correspondem, respetivamente:

(A) a 0 K e a 273,15 K.

(B) a 273,15 K e a 373,15 K.

(C) a 0 K e a 373,15 K.

(D) a 100 K e a 373,15 K.

5. Duas panelas iguais, A e B, possuem a mesma quantidade de água à temperatura de 300 K e 360 K, respetivamente.

5.1. Indique o valor da diferença de temperatura da água das duas panelas, expressa em grau Celsius.

5.2. Qual das panelas apresenta o maior valor de energia interna? Justifique.

6. Admita que dois indivíduos, A e B, têm as mãos mergulhadas em água a temperaturas diferentes.

O indivíduo A tem a mão mergulhada em água quente e o indivíduo B, em água fria. Num dado instante, ambos mergulham a mão em água morna.

Selecione a opção que melhor traduz a sensação sentida por cada um dos indivíduos.

A. O indivíduo A terá a sensação de frio e o indivíduo B, de quente.

B. Ambos terão a sensação de frio.

C. Ambos terão a sensação de quente.

D. O indivíduo A terá sensação de quente e o indivíduo B, de frio.

7. Considere a representação de um termómetro como o da figura.

7.1. Indique, em K e em ºC, o alcance e a menor divisão da escala deste termómetro.

7.2. Determine os valores que devem substituir as letras de a a i.

8. Os termómetros são instrumentos utilizados para medir a temperatura de um corpo. Os mais comuns baseiam-se na variação de volume sofrida por um líquido considerado ideal, contido num tubo de vidro cuja dilatação é desprezada.

Num termómetro em que se utiliza mercúrio, verifica-se que a coluna desse líquido "sobe" cerca de 2,7 cm para um aquecimento de 3,6 ºC. Se a escala termométrica fosse a escala kelvin, para um aquecimento de 3,6 K, a coluna de mercúrio "subiria" ...

(A) 11,8 cm.

(B) 3,6 cm.

(C) 2,7 cm.

(D) 1,8 cm.

9. Colocam-se num frigorífico uma taça de metal e uma taça de plástico. Após algum tempo é atingido o equilíbrio térmico e as taças são retiradas do frigorífico.

Selecione a opção incorreta.

A. A taça de metal parecerá mais fria e a de plástico, mais quente.

B. Ambas as taças estão à mesma temperatura.

C. A taça de metal está a uma temperatura menor.

D. A sensação de frio ou quente dependerá do observador.

10. Dois sistemas A e B estão em equilíbrio térmico. É possível afirmar que:

(A) A e B têm a mesma energia interna e a mesma temperatura.

(B) A e B têm a mesma temperatura mas podem ter diferente energia interna.

(C) há transferência de energia, por calor, quando A está em contacto com B.

(D) há maior agitação térmica das partículas de A do que das partículas de B.

11. Quando foi aquecida, a temperatura de uma amostra de água aumentou de ɵ ( medido em ºC) para o dobro desse valor. Qual foi a variação de temperatura sofrida pela amostra de água, em unidades SI?

12. Um químico queria medir a temperatura de um corpo, mas apenas dispunha de um termómetro cuja escala termométrica inicialmente impressa ao lado da coluna de mercúrio estava ilegível. Para atingir o seu objetivo, colocou o termómetro inicialmente num recipiente com gelo fundente, sob pressão normal, e verificou que no equilíbrio térmico a coluna de mercúrio atingiu 8,0 cm.

Ao colocar o termómetro em contacto com água em ebulição, também sob pressão normal, a coluna de mercúrio atingiu 20,0 cm de altura. Se nesse termómetro utilizarmos a escala Celsius e a temperatura do corpo registar um valor de 24 ºC, a coluna de mercúrio terá uma altura de ...

(A) 2,9 cm.

(B) 4,8 cm.

(C) 10,9 cm.

(D) 12,8 cm.

13. Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.

A temperatura de um corpo exprime ...

A . .. . a energia potencial média das partículas do corpo.

B . ... a energia cinética média das partículas do corpo.

C . ... a quantidade de calor que o corpo tem.

D . ... a energia interna do corpo.

14. A temperatura de uma amostra de água inicialmente a 40,52 ºC sofreu uma variação de temperatura de - 13,46 K. Quanto passou a ser, em unidades SI, a temperatura da água?

15. Num teste de Ciências Naturais um aluno define animal de sangue frio como "vítima da Lei Zero da Termodinâmica". A professora não considerou a resposta correta, mas ele quer recuperar alguns pontos ...
Que argumentos pode usar?

16. Para medir a febre de pacientes, um estudante de medicina criou a sua própria escala linear de temperaturas. Nessa nova escala, os valores de 0,0 ºX e 10,0 ºX correspondem, respetivamente, a 37,0 ºC e 40,0 ºC. A temperatura na nova escala que corresponde a 60 ºC é ...

(A) 15,0 ºX.

(B) 16,2 ºX.

(C) 52,9 ºX.

(D) 76,7 ºX.

17. Um jornalista recebeu um artigo científico sobre supercondutividade, onde era referido que este fenómeno foi observado pela primeira vez por Heike Onnes quando, em 1911, observou que o mercúrio à temperatura de 4,1 K apresentava resistividade elétrica nula.

Para que os leitores tivessem uma melhor noção da temperatura em causa, no artigo deveria constar o valor da temperatura expresso em graus Celsius. Que valor de temperatura deveria ser acrescentado no artigo?

18. Porque é que quando se quer medir a temperatura do corpo com um termómetro se deve colocar o termómetro em contacto com o corpo e esperar alguns minutos?

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