Maquinas térmicas - questões de física

1.
Ciclo e máquinas térmicas
Professor Neto
Professor Allan Borçari
1
Questão 01 - (UFJF MG)
Em um experimento controlado em
laboratório, uma certa quantidade de gás
ideal realizou o ciclo ABCDA,
representado na figura abaixo.
Nessas condições, analise as afirmativas,
a seguir, como verdadeiras (V) ou
falsas (F).
(01)No percurso AB, o trabalho
realizado pelo gás é igual a 6 102
J.
(02)No percurso BC, o trabalho
realizado é nulo.
(04)No percurso CD, ocorre diminuição
da energia interna.
(08)Ao completar cada ciclo, o trabalho
líquido é nulo.
(16)Utilizando-se esse ciclo em uma
máquina, de modo que o gás realize
quatro ciclos por segundo, a
potência dessa máquina será igual a
12 102
W.
Dê como resposta a soma dos números
que precedem as afirmativas
verdadeiras.
a) 08
b) 09
c) 11
d) 23
e) 24
Questão 02 - (ESPCEX)
Em uma fábrica, uma máquina térmica
realiza, com um gás ideal, o ciclo
FGHIF no sentido horário, conforme o
desenho abaixo. As transformações FG e
HI são isobáricas, GH é isotérmica e IF é
adiabática. Considere que, na
transformação FG, 200 kJ de calor
tenham sido fornecido ao gás e que na
transformação HI ele tenha perdido 220
kJ de calor para o meio externo.
A variação de energia interna sofrida
pelo gás na transformação adiabática IF
é
a) –40 kJ
b) –20 kJ
c) 15 kJ
d) 25 kJ
e) 30 kJ
Questão 03 - (UDESC)
A Figura 2 apresenta um ciclo
termodinâmico descrito por um gás.
Assinale a alternativa que apresenta,
para este ciclo, a variação de energia
interna do gás e o trabalho por ele
realizado, respectivamente.
a) 0,0J e 1,5×105
J
b) 1,0J e 2,0×105
J
c) 0,0J e 0,0×105
J
d) 0,0J e 1,0×105
J

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e) 0,5J e 0,5×105
J
Questão 04 - (FCM MG)
O gráfico pressão (P) versus volume (V)
abaixo mostra um ciclo termodinâmico
de um gás ideal operado por uma
máquina térmica, que funciona na
sequência ABCDA. A transformação
AB é adiabática; a BC é isobárica; a CD
é isotérmica; e a DA é isovolumétrica.
Conforme os dados fornecidos pelo
gráfico, pode-se afirmar que:
a) O volume do gás no ponto B é
calculado usando-se a relação PA.VA
= PB.VB.
b) O trabalho realizado pelo gás na
expansão é maior que na
compressão.
c) A temperatura do gás no ponto D é
menor que no ponto B.
d) O ciclo ABCDA é de uma máquina
de Carnot.
Questão 05 - (UNESP)
Determinada massa de gás ideal sofre a
transformação cíclica ABCDA mostrada
no gráfico. As transformações AB e CD
são isobáricas, BC é isotérmica e DA é
adiabática. Considere que, na
transformação AB, 400 kJ de calor
tenham sidos fornecidos ao gás e que, na
transformação CD, ele tenha perdido 440
kJ de calor para o meio externo.
Calcule o trabalho realizado pelas forças
de pressão do gás na expansão AB e a
variação de energia interna sofrida pelo
gás na transformação adiabática DA.
Questão 06 - (UEA AM)
Em 1824 o engenheiro francês Nicolas
Léonard Sadi Carnot demonstrou que se
uma máquina térmica, operando entre
duas temperaturas constantes T1 e T2
(com T1 > T2), trabalhasse em ciclos
segundo o gráfico mostrado, apresentaria
o maior rendimento possível para essas
temperaturas. Esse ciclo passou a se
chamar Ciclo de Carnot e essa máquina,
máquina ideal ou máquina de Carnot.
No Ciclo de Carnot um gás ideal sofre
quatro transformações reversíveis: duas
isotérmicas (AB e CD) e duas
adiabáticas (BC e DA). A respeito da
máquina e do Ciclo de Carnot, é correto
afirmar que

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a) na transformação BC a máquina
cede calor ao meio externo.
b) na transformação CD o gás sofre
uma compressão e é aquecido.
c) o trabalho total realizado em cada
ciclo é nulo.
d) o gás só troca calor com o meio
externo nas transformações AB e
CD.
e) na expansão AB o meio externo
realiza trabalho sobre o gás.
Questão 07 - (UNIOESTE PR)
A figura abaixo apresenta o diagrama pV
para o ciclo fechado de uma máquina
térmica que usa um gás ideal
monoatômico como substância de
trabalho. Considerando p1, p2 e p3
respectivamente como as pressões nos
pontos 1, 2 e 3, as informações da figura
e que p2=5 ⋅ p1, pode-se afirmar:
I. O processo 1 → 2 é isocórico e o
processo 3 → 1 isobárico.
II. O trabalho realizado sobre o sistema
(gás monoatômico) no processo 1
→ 2 é maior que zero joule.
III. O calor transferido ao sistema (gás
monoatômico) no processo 3 → 1 é
menor que zero joule.
IV. A temperatura no ponto 3 é 5 vezes
maior do que aquela no ponto 1.
V. A variação da energia interna do
sistema é nula no ciclo 1231.
Considere as afirmações acima e assinale
a alternativa correta.
a) A afirmativa V é falsa.
b) As alternativas I e II são verdadeiras.
c) As alternativas I, II e IV são falsas.
d) Todas as alternativas são falsas.
e) As alternativas I, III e IV são
verdadeiras.
Questão 08 - (UFRN)
As transformações termodinâmicas
ilustradas no diagrama PV da figura
abaixo constituem o modelo idealizado
do ciclo Otto, utilizado em motores de
combustão interna de automóveis a
gasolina. No diagrama, P representa a
pressão na câmara de combustão, e V o
volume da câmara.
Suponha que, na transformação b→c,
200 J de calor sejam fornecidos a partir
da queima da mistura ar-gasolina contida
na câmara de combustão e que 80 J de
calor tenham sido liberados, durante a
exaustão, na transformação d→a.
Dados:
⇒ No ciclo Oto, é possível ocorrerem os
seguintes tipos de transformações:
transformações isovolumétricas,
expansão adiabática e compressão
adiabática.
⇒ Primeira lei da Termodinâmica: ΔU =
Q – W, onde ΔU é a variação da
energia interna do sistema, Q é o
calor total trocado pelo sistema, e W
é o trabalho total realizado.
A partir dessas informações,
a) identifique as transformações que
ocorrem entre os estados (a→b),
(b→c), (c→d) e (d→a).

4.
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b) determine o trabalho realizado no
ciclo Otto completo.
Questão 09 - (UFMG)
Uma máquina térmica é constituída de
um cilindro, cheio de gás, que tem um
êmbolo móvel.
Durante o funcionamento dessa máquina,
o gás é submetido a um processo cíclico,
que o leva de um estado K a outro estado
L e, depois, de volta ao estado K e assim
sucessivamente, como representado no
diagrama pressão versus volume,
mostrado na figura abaixo.
Considerando essas informações,
RESPONDA:
a) Em qual dos dois estados – K ou L –
a temperatura do gás é maior?
JUSTIFIQUE sua resposta.
b) Em um ciclo completo, em que o gás
sai do estado K e volta ao mesmo
estado, essa máquina realiza trabalho
líquido?
JUSTIFIQUE sua resposta.
c) Tendo-se em vista que se trata de um
sistema ideal, é possível converter em
trabalho todo o calor fornecido a essa
máquina?
JUSTIFIQUE sua resposta.
Questão 10 - (UEG GO)
Uma máquina térmica percorre o ciclo
descrito pelo gráfico abaixo. A máquina
absorve de energia térmica por
ciclo.
Responda ao que se pede.
a) Qual é a variação na energia interna
no ciclo ABCA? Justifique.
b) Calcule o trabalho realizado pelo
motor em um ciclo.
c) Calcule a quantidade de energia
térmica transmitida à fonte fria.
d) Calcule o rendimento dessa máquina
térmica.
Questão 11 - (UFBA)
Um sistema termodinâmico composto
por quatro moles de um gás ideal
descreve o ciclo representado no gráfico.
Considerando a constante universal dos
gases ideais , determine
• os pontos nos quais o gás atinge a
maior e a menor temperatura;
• os valores dessas temperaturas;
• o trabalho realizado pelo gás em cada
trecho;
• a diferença entre o calor por ele
absorvido e o cedido ao meio exterior
durante um ciclo.
Questão 12 - (UFLA MG)

5.
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O gráfico PV abaixo mostra o ciclo
reversível ABCA percorrido por um gás
considerado ideal. Sabe-se que o calor
envolvido no processo AB, e tomado em
módulo, vale , e no processo
CA, também em módulo, .
Pode-se afirmar que o calor QBC
envolvido no processo BC, vale
a) -17,2.105
J
b) 2,4.105
J
c) 3,6.105
J
d) -0,6.105
J
Questão 13 - (UESC BA)
A figura representa o ciclo
termodinâmico descrito por um motor a
diesel.
Considerando a substância operante
como sendo um gás ideal, julgue as
seguintes proposições, assinalando com
V as afirmações verdadeiras e com F, as
falsas.
( ) O trabalho realizado no processo
é positivo, e a energia interna
do sistema diminui.
( ) O trabalho realizado no processo
é nulo.
( ) O processo é uma expansão
adiabática, e o sistema realiza
trabalho à custa da energia interna.
( ) O processo representa um
resfriamento do sistema a volume
constante.
A alternativa que contém a seqüência
correta, de cima para baixo, é a
01. VVVF
02. VVFV
03. FVVF
04. VFVF
05. FFVV
Questão 14 - (UEM PR)
Considere uma máquina a vapor, operando em ciclos
de Carnot, que possui um condensador para resfriar o
vapor de saída a 27 ºC e que opera com rendimento de
40%. Assinale o que for correto.
01. Nessa condição, a temperatura da caldeira é,
aproximadamente, 500 K.
02. Nessa condição, a temperatura da caldeira é,
aproximadamente, 227 ºC.
04. Mantendo a temperatura da caldeira a 600 K, a
máquina terá rendimento aproximado de 50%.
08. Quanto maior o rendimento da máquina, maior
deve ser a temperatura da caldeira.
16. Se ajustarmos a temperatura do condensador para
um valor ideal, o rendimento da máquina pode
chegar a 100%.
GABARITO:
1) Gab: D
2) Gab: C
3) Gab: D
4) Gab: B
5) Gab:
τAB = 2,8 × 105
J
ΔUDA = 2 × 104
J
6) Gab: D
7) Gab: E

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8) Gab:
a) O ciclo se inicia com a compressão
adiabática a→b seguida,
respectivamente, das transformações
isovolumétrica b→c, expansão
adiabática c→d e isovolumétrica
d→a .
b) 120 J
9) Gab:
a) Considerando que o gás se comporta
como um gás ideal, a sua temperatura
T, para um número constante de
mols, é diretamente proporcional ao
produto da pressão P pelo volume V.
Logo, T α P.V. O ponto L possui
maior pressão e volume que o K,
logo, possui maior temperatura.
b) Ao longo do ciclo, há realização de
trabalho positivo – aumento no
volume – e negativo – redução no
volume. O trabalho líquido – soma do
trabalho positivo e do negativo –
corresponde a área interna do ciclo e
é positivo.
c) Não é possível. Durante a realização
do ciclo, é necessária a liberação de
energia na forma do fluxo de calor do
gás para o meio. Essa energia
liberada não pode ser nula – 2ª Lei da
Termodinâmica – e corresponde à
diferença entre o calor fornecido e o
trabalho líquido ao longo de um
ciclo.
10) Gab:
a) , já que em um ciclo
fechado a variação da temperatura é
nula.
b) 4 x 105
J
c) Q2 = 2 x 105
J
d)
11) Gab:
mínima no ponto A e máxima no ponto B
temperatura mínima (ponto A)
temperatura máxima (ponto B)
trecho AB
;
trecho BC
trecho CA
Para se calcular a diferença entre os
calores absorvido e cedido, usa-se a 1ª lei
da termodinâmica, , em que
é a variação da energia interna, Q é a
diferença procurada e W é o trabalho
total realizado pelo gás.
Como, em um ciclo fechado a variação
da energia interna do gás é nula ,
tem-se que .
Logo,
.
12) Gab: C
13) Gab: 05
14) Gab: 15