Questão 50 (2º semestre) da UFG 2013

Question

A figura a seguir ilustra a estrutura e o funcionamento de uma cafeteira italiana. Na sua parte inferior, uma fração do volume é preenchido com água e o restante por um gás contendo uma mistura de ar e vapor de água, todos à temperatura ambiente. Quando a cafeteira é colocada sobre a chama do fogão, o café produzido é armazenado no compartimento superior da cafeteira em poucos minutos.

Esquema em corte transversal de uma cafeteira italiana, destacando o compartimento inferior contendo água e gás, o filtro intermediário com pó de café e o compartimento superior para onde sobe o café pronto.

O processo físico responsável diretamente pelo funcionamento adequado da cafeteira é:

A
o isolamento adiabático da água.
B
a condensação do gás.
C
o trabalho realizado sobre a água.
D
a expansão adiabática do gás.
E
o aumento da energia interna do gás.

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 50 (2º semestre) da UFG 2013

2º semestre · Física: Primeira lei da termodinâmica

A figura a seguir ilustra a estrutura e o funcionamento de uma cafeteira italiana. Na sua parte inferior, uma fração do volume é preenchido com água e o restante por um gás contendo uma mistura de ar e vapor de água, todos à temperatura ambiente. Quando a cafeteira é colocada sobre a chama do fogão, o café produzido é armazenado no compartimento superior da cafeteira em poucos minutos.

Esquema em corte transversal de uma cafeteira italiana, destacando o compartimento inferior contendo água e gás, o filtro intermediário com pó de café e o compartimento superior para onde sobe o café pronto.

O processo físico responsável diretamente pelo funcionamento adequado da cafeteira é:

A
o isolamento adiabático da água.
B
a condensação do gás.
C
o trabalho realizado sobre a água.
D
a expansão adiabática do gás.
E
o aumento da energia interna do gás.

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

O aquecimento aumenta a temperatura da mistura de ar e vapor de água no compartimento inferior. Com isso, a pressão do gás aumenta, e a evaporação de parte da água também contribui para esse aumento.

A pressão na superfície da água torna-se suficiente para empurrá-la pelo tubo, atravessar o filtro com pó de café e alcançar o compartimento superior. Portanto, o gás exerce uma força que provoca o deslocamento da água.

Em Física, quando uma força atua ao longo de um deslocamento, há realização de trabalho. Para uma força constante e paralela ao deslocamento, podemos escrever:

W=F\,d.

É esse trabalho realizado pelo gás sobre a água que permite sua subida, vencendo a gravidade e a resistência à passagem pelo filtro.

O aumento da energia interna do gás participa do aquecimento, mas não descreve o mecanismo diretamente responsável pelo transporte da água. Além disso, o processo não é adiabático, pois há transferência de calor da chama para a cafeteira.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa E confunde uma consequência do aquecimento com o mecanismo que diretamente faz a água subir: o trabalho realizado pelo gás.

Por que as outras alternativas estão erradas

AA água recebe calor durante o funcionamento, portanto não está em isolamento adiabático.
BA subida da água é provocada pela pressão do gás, não pela sua condensação.
DO gás recebe calor da chama, de modo que sua expansão não é adiabática.
EO aumento da energia interna contribui para elevar a pressão, mas o transporte da água ocorre diretamente pelo trabalho realizado sobre ela.

Assunto: Primeira lei da termodinâmica.

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Questão 50 no caderno 1ª etapa da UFG 2013

Fonte: UFG 2013 · 2º semestre · 1ª etapa. Prova oficial ↗