Questões de Concurso

Um professor de Física apresenta aos alunos a situaçãoproblema a seguir. “Um bloco de gelo a 0 °C é colocado em um calorímetro ideal contendo água líquida também a 0 °C.

O sistema é isolado termicamente do ambiente, mantido à pressão atmosférica e deixado em repouso por tempo prolongado.” Três alunos apresentam previsões diferentes:

• Aluno 1: “Nada acontecerá, pois ambos estão na mesma temperatura e não há diferença térmica para promover transferência de calor.”

• Aluno 2: “O gelo derreterá parcialmente, pois o estado líquido é termodinamicamente mais estável que o sólido à pressão atmosférica, mesmo a 0 °C.”

• Aluno 3: “Parte da água líquida congelará, pois o sistema busca o estado de menor energia interna, e o gelo possui menor energia interna que a água líquida à mesma temperatura.”

Do ponto de vista termodinâmico rigoroso, considerando as propriedades da água e os princípios das leis da Termodinâmica, o professor conclui corretamente que:

Em 1820, Hans Christian Ørsted demonstrou acidentalmente que uma corrente elétrica produz campo magnético ao observar que uma bússola era defletida quando colocada próxima a um fio condutor percorrido por corrente. Agora, observe a situação a seguir. Um professor recria este experimento histórico em sala de aula usando uma bússola e um fio retilíneo longo percorrido por corrente contínua. Ao posicionar a bússola em diferentes pontos ao redor do fio, observa-se que:

I. a agulha da bússola sempre se orienta tangencialmente a círculos concêntricos centrados no fio, indicando que as linhas de campo magnético gerado pela corrente são circulares;

II. invertendo o sentido da corrente elétrica no fio, a agulha da bússola inverte sua orientação em 180°;

III. dobrando a distância da bússola ao fio, a deflexão da agulha diminui, sugerindo que a intensidade do campo magnético decresce com a distância;

IV. em pontos equidistantes do fio, se a corrente for duplicada, o ângulo de deflexão da agulha aproximadamente dobra (para pequenas deflexões), indicando proporcionalidade entre corrente e campo magnético.

Considerando os princípios físicos envolvidos e as limitações experimentais de medidas com bússola, está correto o que se afirma em:

Em 1887, Heinrich Hertz observou que luz ultravioleta incidindo sobre eletrodos metálicos facilitava a passagem de faíscas elétricas. Ao ensinar o efeito fotoelétrico, um professor apresenta um gráfico da energia cinética máxima dos fotoelétrons (Ec, máx) em função da frequência da luz incidente (f) para três metais A, B e C. As três retas possuem a mesma inclinação, mas interceptam o eixo das frequências em pontos distintos, com fA < fB < fC.

Com base na teoria quântica do efeito fotoelétrico, conclui-se que:

Em 1831, Michael Faraday descobriu que um campo magnético variável pode induzir corrente elétrica em um circuito, fenômeno conhecido como indução eletromagnética. Considere a seguinte situação experimental: um anel condutor fechado é posicionado com seu plano perpendicular a um campo magnético uniforme B. O campo magnético é então desligado completamente em um intervalo de tempo Δt.

Um professor de Física, ao analisar este fenômeno com seus alunos, deve compreender que:

I. durante o desligamento do campo, surge uma corrente induzida no anel cuja direção é determinada pela Lei de Lenz, de modo que o campo magnético gerado por esta corrente se opõe à diminuição do fluxo magnético original;

II. se o anel for cortado em um ponto (tornando-se não fechado), mas mantendo as extremidades muito próximas sem se tocarem, não haverá corrente induzida, mas ainda haverá uma diferença de potencial (f.e.m.) induzida entre as extremidades;

III. a energia dissipada no anel durante o processo de desligamento do campo independe do tempo Δt que o campo leva para ser desligado, dependendo apenas da variação total do fluxo magnético e da resistência do anel;

IV. se dois anéis idênticos forem colocados na mesma região, um feito de cobre (boa condutividade) e outro de aço (menor condutividade), ambos dissiparão a mesma quantidade de energia durante o desligamento do campo.

Está correto o que se afirma em:

Na análise termodinâmica de motores reais, frequentemente utiliza-se o conceito de processo politrópico, no qual PVⁿ = constante, onde n é o índice politrópico. Este modelo generaliza processos termodinâmicos básicos: n = 0 (isobárico), n = 1 (isotérmico), n = γ (adiabático), n → ∞ (isocórico).

Um professor ao lecionar termodinâmica avançada apresenta um ciclo termodinâmico composto por quatro processos politrópicos sucessivos formando um ciclo fechado: (1→2) expansão com n₁ = 1,2; (2→3) resfriamento com n₂ = 1,5; (3→4) compressão com n₃ = 1,3; (4→1) aquecimento com n₄.

Para que este ciclo seja termodinamicamente possível (retorne ao estado inicial), qual deve ser aproximadamente o valor de n₄, sabendo que P₁V₁¹'² = P₂V₂¹'², P₂V₂¹'⁵ = P₃V₃¹'⁵, P₃V₃¹'³ = P₄V₄¹'³?