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Máquinas Térmicas - ciclos

  1. 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
  2. 2.                                                                                                                                                                                               Ciclo e máquinas térmicas     Professor Neto Professor Allan Borçari 2 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
  3. 3.                                                                                                                                                                                               Ciclo e máquinas térmicas     Professor Neto Professor Allan Borçari 3 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. 4.                                                                                                                                                                                               Ciclo e máquinas térmicas     Professor Neto Professor Allan Borçari 4 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. 5.                                                                                                                                                                                               Ciclo e máquinas térmicas     Professor Neto Professor Allan Borçari 5 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
  6. 6.                                                                                                                                                                                               Ciclo e máquinas térmicas     Professor Neto Professor Allan Borçari 6 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

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