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EXERCICIOSDE REVISÃO
Questões resolvidas de vestibulares de Termodinâmica
Questões resolvidas de vestibulares sobre 1ª e 2ª Lei da Termodinâmica,
Energia Interna, Ciclo de Cannot e trabalho de um gás
1) Ao receber uma quantidade de calor Q=50J, um gás realiza um trabalho igual a
12J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U=100J,
qual será esta energia após o recebimento?
Solução:
2) Qual o rendimento de uma máquina térmica que retira de uma fonte quente
200 cal e passa para uma fonte fria 50 cal.
Solução:
Sabemos que:
h = 1 - Q2 / Q1
Logo,
h = 1 – 50 / 200 è h = 1 – 0,25 = 0,75 = 75%
3) O rendimento de uma máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a
própria atmosfera a 27°C. Determinar a temperatura da fonte quente.
Solução:
Como Q2 / Q1 = T2 / T1 , podemos calcular h = 1 - T2 / T1
Logo,
h = 1 - 300 / T1
ou seja,
0,25 = 1 - 300 / T1
300 / T1 = 1 – 0,25 = 0,75 è T1 = 300 / 0,75 = 30000 / 75 = 400 K
Convertendo para Celsius,
400 K = 400 – 273 = 127°C
4) Uma máquina térmica recebe de uma fonte quente 100 cal e transfere para uma
fonte fria 70 cal. Qual o rendimento desta máquina ?
Solução:
Sabemos que : h = 1 - Q2 / Q1
Então,
h = 1 – 70 / 100 è h = 1 - 0,7 = 0,3 = 30%
5) Uma máquina térmica de Carnot recebe de uma fonte quente 1000 cal por
ciclo. Sendo as temperaturas das fontes quente e fria, respectivamente, 127 °C e
427 °C, determinar
a) o rendimento da máquina
b) o trabalho, em joules, realizado pela máquina em cada ciclo
c) a quantidade de calor, em joules, rejeitada para a fonte fria
Usar como equivalência 1 cal = 4,2 J
Solução:
Convertendo as medidas, temos:
T1 = 427 + 273 = 700 K
T2 = 127 + 273 = 400 K
Q1 = 1000 cal= 1000 . 4,2 = 4200 J
a) cálculo do rendimento
Como Q2 / Q1 = T2 / T1 , podemos calcular h = 1 - T2 / T1
Logo,
h = 1 – 400 / 700 = 1 - 0,57 = 0,43 = 43%
b) cálculo do trabalho em cada ciclo
Sabemos que: h = t / Q1 è 0,43 = t / 4200 è t = 4200 . 0,43 = 1806 J
c) cálculo da quantidade de calor rejeitada.
Sabemos que t = Q1 - Q2 è 1806 = 4200 - Q2  Q2 = 4200 – 1806 = 2394 J
6) Uma amostra de gás ideal se expande de pressão e volume iniciais
correspondentes a 32 atm e 1 litro, respectivamente, para um volume final de 4 L.
A temperatura inicial do gás era de 27 C. Quais serão a pressão e a temperatura
final desse gás e quanto trabalho ele realizará durante a expansão, se esta for:
a) isotérmica, b) adiabática e o gás monoatômico, e c) adiabática e o gás
diatômico?
a) Um processo isotérmico e um processo a temperatura constante, para que
ocorra, e necessário que a transferência de calor para dentro ou para fora do
sistema seja suficientemente lenta, possibilitando que o sistema permaneça em
equilíbrio.
Onde a e Q=W que nos da: .
O trabalho e dado pela equação
b) um processo adiabático e aquele no qual não ocorre transferência de calor nem
dentro, nem para fora do sistema; Q= 0 o calor especifico molar a volume
constante pode ser expresso como um simples multiplicar a constante do gás
R em certos casos id
eais. Gás monoatômico , gás diatômico , solido
monoatômico e . A pressão final será
Podemos também chegar a temperatura final através da equação:
A primeira Lei nos fala que a o a variação de energia pode ter uma
variação negativa que podemos
calcular,
No estado inicial temos:
c) Se a expansão e adiabática e o gás e diatômico tem-se Q= 0 ,
, e
7) 20, 9 J de calor são adicionados a um certo gás ideal. Como resultado, seu
volume aumenta de 50 cm3 para 100 cm3, enquanto sua pressão permanece
constante (1 atm). (a) Qual a variação na energia interna do gás? (b) Se a
quantidade de gás presente for 2 x 10-3 mol, calcule o calor específico molar a
pressão constante. (c) Calcule o calor específico molar a volume constante.
(a) A variação da energia interna do gás pode ser calculada pela primeira lei da
termodinâmica:
(b) Relacionando as equações temos: a razão entre
elas nos da:
(c) Relacionando entre os calores específicos à pressão e a volume constantes é:
8) Quando um sistema é levado do estado i para o estado f ao longo da
trajetória iaf na figura, Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36
cal. (a) Qual o valor de W ao longo da trajetória ibf? (b) se W = - 13 cal para a
trajtória de volta fi, qual será Q para essa trajetória? (c) Considere Eint i = 10 cal.
Qual é Eint,f? (d) se Eint,b = 22 cal, qual o valor de Q para a trajetória ib e para a
trajetória bf?
Primeira lei da termodinamicaprincipio da conservação de energia para 1 processo
termodinamico e expressa pela equação: , ( )
energia interna, ( ) energia de troca e ( ) trabalho realizado.
(a) Qual o valor de W ao longo da trajetória iaf ?.
Valor do trabalho na trajetoriaibf ?
(b) se W = - 13 cal para a trajtória de volta fi, qual será Q para essa trajetória?
(c) Considere Eint i = 10 cal. Qual é
(d) se Eint,b = 22 cal, qual o valor de Q para a trajetória ib e para a trajetória bf?
9) Quanto trabalho deve ser realizado por um refrigerador Carnot para transferir
1,0 J sob a forma de calor (a) de um reservatório a 7,0 ºC para um a 27 ºC, (b) de
um reservatório a – 73 ºC para um a 27 ºC, (c) de um reservatório a – 173 ºC para
um a 27 ºC e (d) de um reservatório a -223 ºC para um a 27 ºC?
(a) Coeficiente de desempenho ( ), energia transferida em alta temperatura
(Qb), trabalho realizado por bomba (W). Lembrando dos fatores de conversão da
temperatura de ºC para K. .
Coeficiente de desempenho
refrigerador de Carnot.
(b) Conversão da temperatura de ºC para K
(c) Conversão da temperatura de ºC para K
(d) Conversão da temperatura de ºC para K
10) Um motor de Carnot absorve 52 kJ sob a forma de calor e expele 36 kJ sob a
forma de calor em cada ciclo. Calcule (a) eficiência do motor e (b) o trabalho
realizado por ciclo em quilojoules.
(a) A eficiência térmica de um motor térmico é definida como a relação da
eficiência do trabalho realizado pelo motor, durante um ciclo, com a energia
absorvida no ponto mais alto temperatura durante o ciclo: =36 kJ e =52 kJ.
(b) O trabalho realizado por ciclo em quilojoules.
11) Um motor à vapor realiza um trabalho de 12kJ quando lhe é fornecido uma
quantidade de calor igual a 23kJ. Qual a capacidade percentual que o motor tem
de transformar energia térmica em trabalho?
Solução:
12) Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo fluido entra a
560ºC e abandona o ciclo a 200ºC?
Solução:
13) Qual a energia interna de 1,5 mols de um gás perfeito na temperatura de 20°C?
Considere R=8,31 J/mol.K.
Solução:
Primeiramente deve-se converter a temperatura da escala Celsius para Kelvin:
A partir daí basta aplicar os dados na equação da energia interna:
14) Qual a energia interna de 3m³ de gás ideal sob pressão de 0,5atm?
Solução:
Neste caso devemos usar a equação da energia interna juntamente com a equação de
Clapeyron, assim:
15) Uma transformação é dada pelo gráfico abaixo:
Qual o trabalho realizado por este gás?
Solução:
O trabalho realizado pelo gás é igual a área sob a curva do gráfico, ou seja a área
do trapézio azul.
Sendo a área do trapézio dado por:
Então, substituindo os valores temos:
16) O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal
monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado
R=8,32 J/mol.K.
Determine:
a) o trabalho realizado pelo gás;
b) a variação da energia interna do gás;
c) a temperatura do gás no estado A.
Solução:
a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do
gráfico, logo:
b) Pela 1ª lei da termodinâmica têm-se que:
Então, substituindo os valores temos:
c) Pela equação de Clapeyron:
Lembrando que:
n = 100 moles
R= 8,31 J/mol.K
E pela leitura do gráfico:
p = 300000 N/m²
V = 1m³
Aplicando na fórmula:
17) Em uma máquina térmica são fornecidos 3kJ de calor pela fonte quente para o
início do ciclo e 780J passam para a fonte fria. Qual o trabalho realizado pela
máquina, se considerarmos que toda a energia que não é transformada em calor
passa a realizar trabalho?
Solução:
A segunda lei da termodinâmica enuncia que:
Então, substituindo os valores na equação, temos:
18) Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte
quente igual a 330°C e fonte fria à 10°C. Qual é o rendimento dessa máquina?
Solução:
Sendo o rendimento de uma máquina térmica que opera em ciclo de Carnot dado
por:
onde:
T1= temperatura da fonte quente;
T2= temperatura da fonte fria.
Mas as temperaturas utilizadas devem estar em escala absoluta, logo, devemos
convertê-las. Assim:
Aplicando estes valores na equação do rendimento, obtemos:
19) (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das
transformações:
a) adiabática e isobárica.
b) isométrica e isotérmica.
c) isotérmica e adiabática.
d) isobárica e isotérmica.
e) isométrica e adiabática.
letra D .
20) (UFBA-BA-011) Praticamente todos os veículos automotivos são movidos por
alguma versão de motor de combustão interna de quatro tempos, patenteado por
Nikolaus Otto em 1876. O motor de quatro tempos comprime uma mistura de ar-
combustível que explode na
presença de uma faísca, criando uma fonte de calor intensa, mas transitória.
Embora a busca por combustíveis mais eficientes e menos agressivos ao meio
ambiente tenha se intensificado desde o final do século passado, a combustão de
uma mistura ar-vapor de gasolina ainda é a reação mais utilizada para mover os
veículos em todo o mundo.
(MOYERR, 2009, p. 78).
Uma análise de aspectos envolvidos no funcionamento de motores de quatro
tempos permite afirmar:
01) O motor de combustão interna de quatro tempos opera segundo o ciclo de
Carnot, no qual um fluido de trabalho sofre duas transformações adiabáticas
alternadas de duas transformações isotérmicas, proporcionando rendimento
máximo igual a um.
02) O conteúdo energético dos reagentes é maior do que o dos produtos, nas
reações que ocorrem nas câmaras de combustão dos motores.
04) A combinação de força e velocidade, obtida por meio de engrenagens nos
carros movidos a gasolina, independe da potência do carro.
08) O calor de combustão da reação que ocorre nos motores é fornecido pela
faísca elétrica que provoca a explosão da mistura combustível.
16) A queima de combustíveis derivados do petróleo libera energia, que é
proveniente da biomassa construída em processos energéticos e preservada ao
longo do tempo geológico.
32) A interferência do motor de combustão interna na estabilidade do clima decorre
do efeito destrutivo dos gases liberados sobre a camada de ozônio.
64) A energia liberada na combustão total de gás metano, um substituto da
gasolina, em um motor, é maior do que 520kJ/mol, se observadas as informações
expressas na equação termoquímica
Solução:
01. Falsa --- O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o máximo rendimento
que uma máquina térmica poderia fornecer --- na prática, nenhum motor opera
segundo esse ciclo.
04. Falsa --- a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da potência (P),
pois --- P = F.V
08. Falsa --- o calor de combustão é fornecido pela queima do combustível --- a
faísca é somente para iniciar a combustão.
16. Correta.
R- (02 + 16 + 64) = 8
21) -(ENEM-MEC-011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma
quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no
combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa
funcionar.
Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na
combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer
que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o
funcionamento do motor são decorrentes de a:
a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.
Solução:
Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É
impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de
transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho” --- sempre haverá
energia dissipada pelo motor --- Alternativa C.
22) (UFG-GO-012) A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a
combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera uma
faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa. Considere que a faísca
seja suficientemente rápida, de modo que o movimento do pistão possa ser
desprezado.
A faísca e a liberação dos gases pelo escapamento ocorrem, respectivamente, nos
pontos:
(A) A e C. (B) B e A. (C) D e A. (D) D e B. (E) O e
C.
Solução:
Observe as figuras e as explicações abaixo --- o primeiro tempo refere-se à
admissão, a mistura entra e o gás se expande
isobáricamemte (trecho OA) --- o segundo tempo refere-se à compressão (trecho
AD) --- o terceiro tempo refere-se à combustão, cujo início ocorre devido à faísca
elétrica (trecho DC) --- o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da
qual os gases são expelidos (trecho CB) --- a faísca ocorre no início do trecho
DC, em C e a liberação dos gases no final do trecho CB, em B --- Alternativa D
23) (UEPG-PR-010) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência
experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da
termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as
leis da termodinâmica, assinale o que for correto.
01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de
uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas.
02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação
da energia.
04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente
calor em trabalho ou trabalho em calor.
08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível
para a realização de trabalho.
16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula.
Solução:
(01) Correta.
(02) Correta.
(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar
integralmente calor em trabalho.
(08) Correta.
(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o
processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial.
R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27
24) (UFAL-010) A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo automóvel
retira 40 kJ do compartimento da fonte quente,
onde se dá a queima do combustível, e realiza 10 kJ de trabalho. Sabendo que
parte do calor retirado da fonte quente é dispensado para o ambiente (fonte fria) a
uma temperatura de 27 ºC, qual seria a temperatura no compartimento da fonte
quente se esse motor operasse segundo o ciclo de Carnot?
Dado: considere que as temperaturas em graus centígrados, TC, e Kelvin, TK, se
relacionam através da expressão TC = TK − 273.
a) 127 ºC b) 177 ºC c) 227 ºC
d) 277 ºC e) 377 ºC
Solução:
Dados: T1 = 27 °C = 300 K; Q1 = 40 kJ; W = 10 kJ.
O rendimento (h) desse motor é --- η=W/Q1=10/40 --- η=0,25=25% ---
aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot ---
h = 1 – --- h --- T1 = --- T1 = K --- T1 =
400 – 273 --- T1 = 127 °C.
Alternativa A
25) (ITA-SP-010) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado
no diagrama T-S da figura.
Pode-se afirmar que
a) processo JK corresponde a uma compressão isotérmica.
b) o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T2 – T1)(S2 – S1).
c) o rendimento da maquina é dado por η= 1 – T2/T1.
d) durante o processo LM, uma quantidade de calor QLM = T1(S2 – S1) é absorvida
pelo sistema.
e) outra máquina térmica que opere entre T2 e T1 poderia eventualmente possuir
um rendimento maior que a desta.
Solução:
No ciclo temos as seguintes transformações:
JK --- expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema recebe calor e
realiza trabalho;
KL --- resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar a entropia, logo
não há troca de calor;
LM --- compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema perde calor e recebe
trabalho;
MJ --- aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem variar a entropia ---
observe que se trata de um ciclo de Carnot, com rendimento --- η=1 – T1/T2 ---
Calculo do trabalho realizado no ciclo, lembrando que a variação da entropia é ---
ΔS=Q/T, onde Q é o calor trocado na transformação --- a transformação JK é
isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula --- da 1ª lei da
termodinâmica ( ) --- 0 = QJK – WJK --- WJK = QJK. (equação 1) ---
DSJK= QJK/T2 --- QJK=(SJ – SK).T2 --- QJK = (S2 – S1)T2 --- substituindo nessa
expressão a equação (1) --- WJK = (S2 – S1)T2 --- seguindo esse mesmo
raciocínio para a transformação LM, que também é isotérmica, mas com
compressão --- WLM = (S1 – S2)T1 Þ WLM = –(S2 – S1)T1 --- nas transformações
KL e MJ o sistema não troca calor --- novamente, pela 1ª lei da termodinâmica ---
DUKL = –WKL e DUMJ = – WMJ --- como DUMJ = – DUKL Þ WMJ = – WKL --- o
trabalho no ciclo é o somatório desses trabalhos --- Wciclo = WJK + WKL + WLM +
WMJ --- Wciclo = (S2 – S1)T2 + WKL – (S2 – S1)T1 – WKL --- Wciclo = (S2 – S1)T2 –
(S2 – S1)T1 --- Wciclo = (S2 – S1) (T2 – T1).
Alternativa B
26) (Olimpíada Brasileira de Física) Assinale a seguir a alternativa que não é
compatível com a segunda lei da Termodinâmica.
a) A variação de entropia de qualquer sistema que sofre uma transformação
termodinâmica é sempre positiva ou nula.
b) A temperatura de zero absoluto é inatingível.
c) Um refrigerador com a porta aberta jamais conseguirá por si só esfriar uma
cozinha fechada.
d) Nem todo calor produzido no motor a combustão de um automóvel é convertido
em trabalho mecânico.
e) O ar de uma sala de aula jamais se concentrará completa e espontaneamente
em uma pequena fração do volume disponível.
Solução:
Alternativa A --- O Segundo Princípio da Termodinâmica que um sistema isolado
tende a evoluir no sentido de aumentar a entropia.
27) (UFBA-BA) Com base nos conhecimentos sobre Termodinâmica, é correto
afirmar:
01) Quando um gás ideal é comprimido rapidamente, a energia interna do gás
aumenta.
02) O ciclo de Carnot é composto por transformações isométricas e isobáricas.
04) O rendimento de uma máquina térmica depende exclusivamente da
temperatura da fonte quente.
08) No refrigerador o gás refrigerante remove calor da fonte fria, evaporando-se, e
transfere calor à fonte quente, condensando-se.
16) Admitindo-se o Universo como sistema físico isolado, a entropia do Universo
sempre aumenta.
Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas.
Solução:
01. Correta --- compressão rápida é adiabática (não troca calor com o ambiente)
--- Q=0 --- ΔU=Q – W --- ΔU= -W --- na compressão o volume diminui e o W é
negativo --- ΔU= - (-W) --- ΔU > 0.
02. Falsa --- duas isotérmicas e duas adiabáticas.
04. Falsa --- depende também da temperatura da fonte fria.
08. Correta
16. Correta
28) (UFV-MG) De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a entropia do
Universo:
a) não pode ser criada nem destruída. b) acabará transformada em
energia.
c) tende a aumentar com o tempo. d) tende a diminuir com o tempo.
e) permanece sempre constante.
Letra C
29) (UFC-CE) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de
temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão η
= 1 - (T2/T1), em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin.
Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência η = 30%.
Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina
passará a ser igual a:
a) 40% b) 45% c)50% d)
60% e) 65%
Solução:
η=30/100=0,3 --- η = 1 – T2/T1 --- 0,3= 1 – T2/T1 --- T1=T2/0,7 --- T’=2T1 ---
T’=2T2/0,7 --- T’=T2/0,35 --- η’=1 – T2/T1 --- η’= 1 – T2/(T2/0,35) --- η’=1 – 0,35
--- η’=0,65 --- Alternativa E
30) (UEG-GO) O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas
L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de transformações, mais
precisamente de duas transformações isotérmicas (THpara a fonte quente e TCpara
a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim, o
ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a
temperatura da fonte quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot
operando sobre fontes térmicas de TH= 800 K e TC= 400 K.
Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J de calor,
responda:
a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e adiabáticas?
b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot.
c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor?
Solução:
a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura constante --- Transformação
adiabática: ocorre sem quem haja trocas de calor
b) η=1 – 400/800=1 – ½ --- η=0,5=50%
c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa porcentagem é
transformada em trabalho --- W=500J
31) (UFAL-AL) Analise as proposições a seguir:
( ) Máquina térmica é um sistema que realiza transformação cíclica: depois de
sofrer uma série de transformações ela retorna ao estado inicial.
( ) É impossível construir uma máquina térmica que transforme integralmente
calor em trabalho.
( ) O calor é uma forma de energia que se transfere espontaneamente do corpo
de maior temperatura para o de menor temperatura.
( ) É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento
superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas.
( ) Quando um gás recebe 400 J de calor e realiza um trabalho de 250 J, sua
energia interna sofre um aumento de 150 J.
Solução:
V VVVV
32) (UFPEL-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma
quente em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento
desta máquina, em percentual, é de:
a) 10 b) 25 c) 35 d) 50 e) 60
Solução:
η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500 --- η=1 – 0,4=0,6 --- R- E
33) Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450 J de uma fonte de calor
e liberando 300 J no ambiente. Uma segunda máquina térmica ideal opera
recebendo 600 J e liberando 450 J. Quanto obteremos se dividirmos o rendimento
da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina.
Observemos a 1ª máquina:
Energia recebida è 450 J
Energia liberada è 300 J
Energia utilizada (DU) è 450 J – 300 J = 150 J
Rendimento è 150 / 450 = 1/3
Observemos a 2ª máquina:
Energia recebida è 600 J
Energia liberada è 450 J
Energia utilizada (DU) è 600 J – 450 J = 150 J
Rendimento è 150 / 600 = 1 / 4
Rendimento da 2ª máquina = 1 / 4
Rendimento da 1ª máquina = 1/3
Fazendo a divisão è 1 / 4 : 1 / 3 = 3 / 4 = 0,75
34) (UFRN) Um sistema termodinâmico realiza um trabalho de 40 kcal quando
recebe 30 kcal de calor. Nesse processo, a variação de energia interna desse
sistema é de:
a) – 10 kcal b) zero c) 10 kcal d) 20 kcal e) 35 kcal
Solução:
De acordo com a primeira lei da termodinâmica:
Q=∆U+τ
∆U=Q-τ
∆U=30 kcal-40 kcal
∆U=-10 kcal
Alternativa A
35) (FMPA-MG) Sobre um gás confinado em condições ideais podemos afirmar
corretamente que:
a) numa compressão isotérmica o gás cede calor para o ambiente.
b) aquecendo o gás a volume constante sua energia interna permanece constante.
c) numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta.
d) numa expansão isobárica, a temperatura do gás diminui.
e) quando o gás sofre transformações num ciclo, o trabalho resultante que ele
realiza é nulo.
Solução:
a) Correta – na transformação isotérmica, a temperatura do sistema é constante,
portanto a variação da energia interna é nula. Isso significa que o calor e o trabalho
trocados com o meio externo têm valores iguais, portanto o gás cede calor para o
ambiente.
b) Errada – na transformação isovolumétrica, o volume permanece constante,
portanto não há realização de trabalho pelo gás. Isso significa que a variação da
energia interna sofrida pelo sistema gasoso tem valor igual ao do calor trocado
com o meio externo.
c) Errada – nas transformações adiabáticas não há troca de calor entre o sistema e
o ambiente. Portanto, toda energia recebida ou cedida pelo sistema ocorre por
meio de trabalho. Isso significa que a variação da energia interna sofrida pelo gás
é igual ao trabalho que o sistema troca com o meio ambiente. Sendo assim, em
uma expansão adiabática a temperatura e a pressão diminuem e não aumentam.
d) Errada – na transformação isobárica, a pressão do sistema gasoso mantém-se
constante. Nesse tipo de transformação, quando o volume expande (aumenta), a
temperatura dos sistemas também aumenta e não diminui como proposto pela
questão.
e) Errada – nas transformações cíclicas, o sistema sempre realiza e recebe
trabalho, sendo o trabalho total a soma desses trabalhos parciais. O que é nulo em
uma transformação cíclica é a energia interna.
Alternativa A
36) Uma determinada massa gasosa sofre uma transformação isotérmica,
conforme o diagrama, e recebe do meio externo, em forma de calor, 2000 J. Dada
a constante universal dos gases R = 8,31 J/mol.K, determine respectivamente
o volume final, a variação da energia interna e o trabalho realizado pelo gás e
marque a alternativa correta.
a) 0,04 m3
, 200 J, 100 J
b) 0,04 m3
, 10 J, 5 J
c) 0,04 m3
, 0 J, 3200 J
d) 0,04 m3
, 0 J, 2000 J
e) 0,04 m3
, 200 J, 200 J
Solução:
Retirando os dados:
PA = 4 . 105
N/m2
; VA = 0,01 m3
; PB = 105
N/m2
; Q = 2000 J
Numa transformação isotérmica, temos:
pA.VA=pB.VB
4 .105
.0,01= 105
.VB
VB=0,04 m3
Na transformação isotérmica não há variação de temperatura, portanto:
TA=TB
∆T=0 ⟹ ∆U=0
Calculando o trabalho:
Q=∆U+τ
τ=Q
τ=2.000 J
Alternativa D
37) (UFRS-RS) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra
de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a
seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2
.
Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se
afirmar que a variação de sua energia interna é de
a) 100 J. b) 150 J. c) 250 J. d) 350 J. e) 400 J.
Solução:
W = P . ΔV
W = 20 . (10 - 5)
W = 20 . 5
W = 100 J
Q = ΔU + W
250 = ΔU + 100
38) (UFAL) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA
representada no gráfico p × V. No trecho AB a transformação é isotérmica.
Analise as afirmações:
( ) A pressão no ponto A é 2,5 × 105
N/m2
.
( ) No trecho AB o sistema não troca calor com a vizinhança.
( ) No trecho BC o trabalho é realizado pelo gás e vale 2,0 × 104
J.
( ) No trecho CA não há realização de trabalho.
Solução:
 A pressão no ponto A
PAVA = PBVB
PA . 0,1 = 0,5 × 105
. 0,5
P = (0,25 × 105
)/0,1
P = 2,5 × 105
N/m2
.
 No trecho AB
Transformação isotérmica (Q = W)
 No trecho BC
PC = PB = P = 0,5 × 105
W = P . ΔV
W = P . (VC - VB)
W = 0,5 × 105 .
(0,1 - 0,5)
W = 0,5 . × 105
(-0,4)
W = - 0,2 × 105
W = - 2 × 104
J
O trabalho é realizado sobre o gás.
 No trecho CA
V é constante, por isso não há realização de trabalho.
39) Sujeitando-se um mol de um gás ideal, Cv = 12.47 J/K mol, a várias mudanças
de estado, qual será a variação de temperatura em cada caso?
 Perda de 512 J de calor; destruição de 134 J de trabalho.
 Absorção de 500 J de calor; produção de 500 J de trabalho.
 Sem escoamento de calor; destruição de 126 J de trabalho.
Solução:
b)
40) Três mols de um gás ideal são comprimidos isotermicamente de 60 para 20
litros, usando-se uma pressão constante de 5 atm. Calcule Q, W, ∆E e ∆H
Solução:
Como o processo é isotérmico , a temperatura permanece constante ,temos ∆E =
0 e ∆H = 0
Q = W = - 20000J
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FONTES: http://www.mscabral.pro.br/
http://www.sofisica.com.br/
http://www.fisicaevestibular.com.br
Segunda lei da Termodinâmica
01-(UFRS-RS) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de
calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua
fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de
02-(PUC-RJ) Uma máquina de Carnot é operada entre duas
fontes, cujas temperaturas são, respectivamente, 100o
C e 0o
C.
Admitindo-se que a máquina receba da fonte quente uma
quantidade de calor igual a 1.000 cal por ciclo, pede-se:
a) o rendimento térmico da máquina
b) a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria
03-(EMC-RJ) O rendimento de uma certa máquina térmica de
Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria atmosfera a 27o
C.
Calcule a temperatura da fonte quente.
04-(FGV-SP) Sendo 27o
C a temperatura da água do mar na
superfície e de 2o
C em águas profundas, qual seria o
rendimento teórico de uma máquina térmica que aproveitasse a
energia correspondente?
05-(UFAL-AL) Analise as proposições a seguir:
( ) Máquina térmica é um sistema que realiza transformação
cíclica: depois de sofrer uma série de transformações ela retorna
ao estado inicial.
( ) É impossível construir uma máquina térmica que transforme
integralmente calor em trabalho.
( ) O calor é uma forma de energia que se transfere
espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de
menor temperatura.
( ) É impossível construir uma máquina térmica que tenha um
rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as
mesmas temperaturas.
( ) Quando um gás recebe 400 J de calor e realiza um trabalho
de 250 J, sua energia interna sofre um aumento de 150 J.
06-(CEFET-PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser
enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma
máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja
retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em
trabalho.” Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:
a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento
seja 100%;
b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte
quente;
c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;
d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e
rejeita parte desse calor para uma fonte fria;
e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria
possível a uma certa máquina térmica converter integralmente
calor em trabalho.
07-(UFPEL-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes
térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma fria em
temperatura -73°C. O rendimento desta máquina, em percentual, é
de:
08-(UFSC-SC) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) a
respeito do ciclo de Carnot:
(01) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot
contraria a segunda lei da Termodinâmica.
(02) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas
determinadas fontes, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior
rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas
mesmas fontes.
(04) Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot
entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um
rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é
transformado em trabalho.
(08) O rendimento da máquina de Carnot depende apenas das
temperaturas da fonte quente e da fonte fria.
(16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações
adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.
09- (UFSC-SC) O uso de combustíveis não renováveis, como o
petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma
alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso
da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte
quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina
térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água
do mar para a análise das
respostas).
Assinale a(s)
proposição(ões)
CORRETA(S).
(01) Supondo que a
máquina térmica proposta
opere em um ciclo de
Carnot, teremos um
rendimento de 100%, pois o
ciclo de Carnot
corresponde a uma máquina térmica ideal.
(02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina
ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que
10%.
(04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é
de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos
líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima.
(08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma
máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido
espontaneamente da fonte fria para a fonte quente.
(16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em
uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da
conservação da energia.
10-(UFF-RJ) O esquema a seguir representa o ciclo de operação
de determinada
máquina
térmica cujo
combustível é
um gás.
Quando em
funcionamento,
a cada ciclo o
gás absorve
calor (Q1) de
uma fonte
quente, realiza
trabalho
mecânico (W) e
libera calor (Q2)
para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo
quociente entre W e Q1. Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo,
realiza um trabalho de 3,0.104
J com uma eficiência de 60%, foi
adquirida por certa indústria. Em relação a essa máquina,
conclui-se que os valores de Q1, de Q2 e da variação da energia
interna do gás são, respectivamente:
a) 1,8.104
J ; 5,0.104
J ; 3,2.104
J
b) 3,0.104
J ; zero ; zero
c) 3,0.104
J ; zero ; 3,0.104
J
d) 5,0.104
J ; 2,0.104
J ;zero
e) 5,0.104
J ; 2,0.104
J ; 3,0.104
J
11-(PUCCAMP-SP) O esquema a seguir representa trocas de
calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Os
valores de T1 e Q2 não foram indicados mas deverão ser
calculado
s durante
a solução
desta
questão.
Considera
ndo os
dados
indicados
no
esquema,
se essa
máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T1,
da fonte quente, seria, em Kelvins, igual a
a) 375
b) 400
c) 525
d) 1200
e) 1500
12-(ENEM-MEC) A refrigeração e o congelamento de alimentos
são responsáveis por uma parte significativa do consumo de
energia elétrica numa
residência típica.
Para diminuir as perdas
térmicas de uma
geladeira, podem ser
tomados alguns cuidados
operacionais:
I. Distribuir os alimentos
nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que
ocorra a circulação do ar frio para baixo e do quente para cima.
II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de
gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de
calor no congelador
III. Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente,
para que a gordura e o poeira que nele se depositam não
reduzam a transferência de calor para o ambiente.
Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas,
a) a operação I
b) a operação II.
c) as operações I e II.
d) as operações I e III.
e) as operações II e III.
13-(UEL-PR) O reator utilizado na usina nuclear de Angra dos
Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor).
O reator utilizado na Usina Nuclear de Angra dos Reis – Angra II –
é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O sistema PWR é
constituído de três circuitos: o primário, o secundário e o de água
de refrigeração. No primeiro, a água é forçada a passar pelo
núcleo do reator a pressões elevadas, 135 atm, e à temperatura
de 320o
C. Devido à alta pressão, a água não entra em ebulição e,
ao sair do núcleo do reator, passa por um segundo estágio,
constituído por um sistema de troca de calor, onde se produz
vapor de água que vai acionar a turbina que transfere movimento
ao gerador de eletricidade. Na figura estão indicados os vários
circuitos do sistema PWR.
Considerando as trocas de calor que ocorrem em uma usina
nuclear como Angra II, é correto afirmar:
a) O calor removido do núcleo do reator é utilizado integralmente
para produzir trabalho na turbina.
b) O calor do sistema de refrigeração é transferido ao núcleo do
reator através do trabalho realizado pela turbina.
c) Todo o calor fornecido pelo núcleo do reator é transformado
em trabalho na turbina e, por isso, o reator nuclear tem eficiência
total.
d) O calor do sistema de refrigeração é transferido na forma de
calor ao núcleo do reator e na forma de trabalho à turbina.
e) Uma parte do calor fornecido pelo núcleo do reator realiza
trabalho na turbina, e outra parte é cedida ao sistema de
refrigeração.
14-(UFAM-AM) Um inventor diz ter desenvolvido uma máquina
térmica que, operando entre duas fontes térmicas, quente e fria,
com temperaturas de 500K e 250K, respectivamente, consegue,
em cada ciclo, realizar uma quantidade de trabalho equivalente a
75% do calor absorvido da fonte quente, rejeitando 25% da
energia gerada por essa fonte. De acordo com as leis da
termodinâmica, é possível que o
inventor tenha realmente
desenvolvido tal máquina?
a) Não é possível, uma vez que
essa máquina teria um
rendimento maior que o
rendimento de uma máquina de
Carnot, operando entre as
mesmas fontes.
b) Não é possível, uma vez que o
rendimento da máquina é 100%.
c) É possível, uma vez que não violaria a Primeira Lei da
Termodinâmica.
d) Não é possível, uma vez que violaria a Primeira Lei da
Termodinâmica.
e) É possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento de
uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes.
15-(UEG-GO) Os motores usados em veículos são normalmente
de combustão interna e de quatro tempos. A finalidade dos
motores é transformar a energia térmica do combustível em
trabalho. De modo geral, eles são constituídos de várias peças,
entre elas: as válvulas, que controlam a entrada e a saída do
fluido combustível, a vela, onde se dá a faísca que provoca a
explosão, o virabrequim (árvore de manivelas), que movimenta o
motor, e os êmbolos, que são acoplados a ele.
No tempo 1, ocorre a admissão do combustível, a mistura de ar e
vapor de álcool ou gasolina, produzida no carburador: o
virabrequim faz o êmbolo descer, enquanto a válvula de
admissão se abre, reduzindo a pressão interna e possibilitando a
entrada de combustível à pressão atmosférica. No tempo 2,
ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe,
movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível
rapidamente. No tempo 3, ocorre a explosão: no ponto em que a
compressão é máxima, produz-se, nos terminais da vela, uma
faísca elétrica que provoca a explosão do combustível e seu
aumento de temperatura; a explosão empurra o êmbolo para
baixo, ainda com as válvulas fechadas. No tempo 4, ocorre
exaustão ou descarga: o êmbolo sobe novamente, a válvula de
exaustão abre-se, expulsando os gases queimados na explosão e
reiniciando o ciclo.
De acordo com o texto e com a termodinâmica, é CORRETO
afirmar:
a) No tempo 1, o processo é isovolumétrico. b)
No tempo 2, o processo é adiabático.
c) No tempo 3, o processo é isobárico. d)
No tempo 4, o processo é isotérmico.
e) Um ciclo completo no motor de 4 tempos é realizado após uma
volta completa da árvore de manivelas.
16-(ACAFE) Uma máquina térmica, operando segundo um Ciclo
de Carnot, trabalha entre as temperaturas TQ = 400 K
(fontequente)e TF = X K
(fonte fria). O rendimento
dessa máquina será de
100%, somente se X for
igual a:
a) 273
b) 400
c) 100
d) 0
e) 373
17-(UFMT-MT) Sobre o estudo da termologia, analise as
afirmativas:
I. A temperatura é a medida do calor de um corpo.
II. A eficiência de uma máquina térmica que trabalha segundo o
ciclo de Carnot independe da energia interna da substância de
operação.
III. Um gás ideal em expansão adiabática diminui sua energia
interna.
IV. O aumento da temperatura de um gás ideal só é possível se
houver um fluxo de calor para o seu interior.
Estão corretas as afirmativas:
a) I, II e IV, apenas
b) II e IV, apenas
c) III e IV, apenas
d) II e III, apenas
e) I, II, III e IV
18-(UEG-GO) O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico
francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de
transformações, mais precisamente de duas transformações
isotérmicas (THpara a fonte quente e TCpara a fonte fria),
intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando,
assim, o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior
quanto maior fosse a temperatura da fonte quente. No diagrama a
seguir, temos um ciclo
de Carnot operando
sobre fontes térmicas
de TH= 800 K e TC= 400
K.
Admitindo-se que o
ciclo opera com fonte
quente, recebendo
1000 J de calor,
responda:
a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e
adiabáticas?
b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot.
c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor?
19-(UFC-CE) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera
entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura
baixa (T2) é dada pela expressão η = 1 – (T2/T1), em que T1 e T2 são
medidas na escala absoluta ou de Kelvin. Suponha que você
dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência η = 30%. Se
você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência
da máquina passará a ser igual a:
a) 40%
b) 45%
c) 50%
d) 60%
e) 65%
20-(PUC-MG) A palavra ciclo tem vários significados na
linguagem cotidiana. Existem ciclos na economia, na literatura,
na história e, em geral, com significados amplos, pois se referem
a tendências, épocas, etc.
Em termodinâmica, a palavra ciclo tem um significado preciso: é
uma série de transformações sucessivas que recolocam o
sistema de volta ao seu estado inicial com realização de trabalho
positivo ou negativo e a troca de calor com a vizinhança. Assim,
por exemplo, os motores automotivos foram bem compreendidos
a partir das descrições de seus ciclos termodinâmicos.
Considere o quadro a seguir onde são apresentadas três
máquinas térmicas operando em ciclos entre fontes de calor nas
temperatu
ras 300K
e 500K. Q
e W são,
respectiv
amente, o
calor
trocado e
o trabalho
realizado
em cada ciclo.
De acordo com a termodinâmica, é possível construir:
a) as máquinas A, B e C.
b) a máquina B apenas.
c) a máquina C apenas.
d) a máquina A apenas.
21-(UFSCAR-SP) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia
sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica;
James Watt introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos
modernos!
(C. Alencar, L. C. Ramalho e M. V. T. Ribeiro, “História da
Sociedade Brasileira”.)
As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em
ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre
estas máquinas, considere as três afirmações seguintes:
I. Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte fria parte do
calor retirado da fonte quente.
II. No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se
mantém constante.
III. Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.
É correto o contido apenas em
22-(UFV-MG) De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a
entropia do Universo:
a) não pode ser criada nem destruída. b) acabará
transformada em energia.
c) tende a aumentar com o tempo. d) tende a
diminuir com o tempo.
e) permanece sempre constante.
23-(UFBA-BA) Com base nos conhecimentos sobre
Termodinâmica, é correto afirmar:
01) Quando um gás ideal é comprimido rapidamente, a energia
interna do gás aumenta.
02) O ciclo de Carnot é composto por transformações isométricas
e isobáricas.
04) O rendimento de uma máquina térmica depende
exclusivamente da temperatura da fonte quente.
08) No refrigerador o gás refrigerante remove calor da fonte fria,
evaporando-se, e transfere calor à fonte quente, condensando-se.
16) Admitindo-se o Universo como sistema físico isolado, a
entropia do Universo sempre aumenta.
Dê como resposta a soma dos números que precedem as
afirmativas corretas.
24- (UFSCAR-SP) Maxwell, notável físico escocês da segunda
metade do século XIX, inconformado com a possibilidade da
morte térmica do Universo, conseqüência inevitável da segunda
lei da Termodinâmica, criou o “demônio de Maxwell”, um ser
hipotético capaz de violar essa lei. Essa fictícia criatura poderia
selecionar as moléculas de um gás que transitassem entre dois
compartimentos
controlando a abertura
que os divide, como ilustra
a figura.
Por causa dessa
manipulação diabólica, as
moléculas mais velozes
passariam para um
compartimento, enquanto
as mais lentas passariam
para o outro. Se isso fosse possível:
a. esse sistema nunca entraria em equilíbrio térmico.
b. esse sistema estaria em equilíbrio térmico permanente.
c. o princípio da conservação da energia seria violado.
d. não haveria troca de calor entre os dois compartimentos.
e. haveria troca de calor, mas não haveria troca de energia.
25-(Olimpíada Brasileira de Física) Uma lâmpada é embalada
numa
caixa
fechada
e
isolada
termica
mente.
Conside
re que no
interior da lâmpada há vácuo e que o ar dentro da caixa seja um
gás ideal. Em certo instante, a lâmpada se quebra. Se
desprezarmos o volume e a massa dos componentes da lâmpada
(vidro, suporte, filamento, …) e a variação de energia associada à
sua quebra, é incorreto afirmar que:
a) a energia interna do gás permanecerá a mesma após a quebra
da lâmpada.
b) a entropia do gás aumentará após a quebra da lâmpada.
c) a temperatura do gás permanecerá a mesma após a quebra da
lâmpada.
d) a pressão do gás diminuirá após a quebra da lâmpada.
e) após a quebra da lâmpada, o gás realizará um trabalho positivo
para se expandir e ocupar o volume onde anteriormente havia
vácuo.
26-(Olimpíada Brasileira de Física) Assinale a seguir a
alternativa que não é compatível com a segunda lei da
Termodinâmica.
a) A variação de entropia de qualquer sistema que sofre uma
transformação termodinâmica é sempre positiva ou nula.
b) A temperatura de zero absoluto é inatingível.
c) Um refrigerador com a porta aberta jamais conseguirá por si só
esfriar uma cozinha fechada.
d) Nem todo calor produzido no motor a combustão de um
automóvel é convertido em trabalho mecânico.
e) O ar de uma sala de aula jamais se concentrará completa e
espontaneamente em uma pequena fração do volume disponível.
27-(UFRN-RN) Observe atentamente o processo físico
representado na sequência de figuras a seguir. Considere, para
efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um
sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura
1 e é concluído
na figura 3. Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a
ordem do sistema é
a) maior que no início e, portanto, durante o processo
representado, a entropia do sistema diminui.
b) maior que no início e, portanto, durante o processo
representado, a entropia do sistema aumentou.
c) menor que no início e, portanto, o processo representado é
reversível.
d) menor que no início e, portanto, o processo representado é
irreversível.
28-(UNICAMP-SP) Vários textos da coletânea apresentada
enfatizam a crescente importância das fontes renováveis de
energia. No Brasil, o álcool tem sido largamente empregado em
substituição à gasolina. Uma das diferenças entre os motores a
álcool e à gasolina é o valor da razão de compressão da mistura
ar-combustível. O diagrama a seguir representa o ciclo de
combustão de um cilindro de motor a álcool.
Durante a compressão (trecho if) o volume da mistura é reduzido
de Vi para Vf. A razão de compressão r é definida como r = Vi/Vf.
Valores típicos de r para motores a gasolina e a álcool são,
respectivamente, r(g) = 9 e r(a) = 11. A eficiência termodinâmica E
de um motor é a razão entre o trabalho realizado num ciclo
completo e o calor produzido na combustão. A eficiência
termodinâmica é função da razão de compressão e é dada por: E
≈1-1/√r.
a) Quais são as eficiências termodinâmicas dos motores a álcool
e à gasolina?
b) A pressão P, o volume V e a temperatura absoluta T de um gás
ideal satisfazem a relação (PV)/T = constante.
Encontre a temperatura da mistura ar-álcool após a compressão
(ponto f do diagrama). Considere a mistura como um gás ideal.
Dados: √7≈8/3; √9=3; √11≈10/3; √13≈18/5
29-(UFMS-MS) Um refrigerador é uma máquina termodinâmica
que pode ser representada pelo diagrama a seguir. Quando o
refrigerador está em pleno regime de funcionamento,
Q2representa o calor que é retirado do congelador, enquanto
Q1 representa o calor que é expelido para o ambiente externo, e W
é o trabalho realizado sobre essa máquina termodinâmica através
de um motor/compressor. A eficiência de refrigeradores é
definida como a razão entre o calor Q2 e o trabalho W, isto é, e =
Q2 / W, tendo valores situados entre 5 e 7. Alguns refrigeradores
possuem, no interior do congelador, uma lâmpada L para
iluminação, que desliga automaticamente quando se fecha a
porta do congelador. Considere um refrigerador com eficiência e
constante igual a 5 (cinco), quando em pleno funcionamento, que
a lâmpada L, no interior do congelador, possui potência igual a 15
watts, e que toda a sua potência elétrica consumida (15 W),
quando está ligada, é convertida em calor. Considere que todos
os isolamentos térmicos do refrigerador sejam perfeitos. Com
fundamentos na termodinâmica e na eletrodinâmica, assinale a(s)
proposição(ões) CORRETA(S).
(01) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, a taxa
de calor retirada do
congelador, é cinco vezes
maior que a taxa de energia
elétrica consumida pelo
motor.
(02) Quando o refrigerador
está em pleno
funcionamento, a taxa de
calor, expelida para o
ambiente, é menor que a
taxa de calor retirada do congelador.
(04) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, e se a
lâmpada L estiver ligada, para a temperatura do congelador
permanecer invariável, a potência elétrica consumida pelo
refrigerador será acrescida de um valor maior que 15 W.
(08) Se, desde que ligarmos um refrigerador, deixarmos a porta
dele aberta, no interior de uma sala isolada termicamente, a
temperatura interna da sala diminuirá enquanto o refrigerador
estiver ligado.
(16) Não existe um refrigerador que, em pleno funcionamento,
retire calor do congelador, expelindo-o para um ambiente que
esteja a uma maior temperatura, sem consumir energia.
Em uma transformação isotérmica, mantida a 127°C, o volume de
certa quantidade de gás, inicialmente sob pressão de 2,0 atm,
passa de 10 para 20 litros. Considere a constante dos gases R,
igual a 0,082 atm.R/mol . K.
30-(PUC-MG) A respeito do que faz um refrigerador, pode-se
dizer que:
a) produz frio.
b) anula o calor.
c) converte calor em frio.
d) remove calor de uma região e o transfere a outra.
31-(UNICAMP-SP) Com a instalação do gasoduto Brasil-Bolívia,
a quota de participação do gás natural na geração de energia
elétrica no Brasil será significativamente ampliada. Ao se queimar
1,0kg de gás natural obtém-se 5,0.107
J de calor, parte do qual
pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica.
Considere uma usina queimando 7.200 quilogramas de gás
natural por hora, a uma temperatura de 1.227°C. O calor não
aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de
vazão 5.000 l/s, cujas águas estão inicialmente a 27°C. A maior
eficiência teórica da
conversão de calor em
trabalho é dada por
n = 1 – (Tmin/Tmáx),
sendo T(min) e T(max)
as temperaturas
absolutas das fontes
quente e fria
respectivamente, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor
específico da água c = 4.000 J/kg°C.
a) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é
metade da máxima teórica.
b) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar
pela usina.
32-(UEL-PR) “Nossa! Carro movido a frango? Como é possível?
Empresas de abate de frango estão criando uma tecnologia para
produzir biocombustível a partir de gordura animal retirada das
carcaças dos frangos. A produção do biodiesel também gera
resíduos, como a glicerina, que é reaproveitada, colocando-a na
caldeira da fábrica de subprodutos para queimar juntamente com
a lenha.
O biodiesel é obtido a partir de gorduras e álcool e essa reação
de transesterificação é favorecida na presença de substâncias
alcalinas. Um exemplo do processo de transesterificação é
representado pela equação química não balanceada a seguir.
Dados: massas molares (g/mol): H = 1,00; C = 12,0; O = 16,0.
Considerar lenha como celulose, cuja fórmula empírica é
(C6H10O5)n.
O rendimento ou eficiência de uma máquina térmica ideal é
calculado por meio da equação:
η = (Tquente – Tfrio)/Tquente.
Onde Tquente e Tfria representam as temperaturas mais alta
(combustão) e mais baixa (próxima à temperatura ambiente) de
um motor térmico em um ciclo fechado e são expressas em
unidades Kelvin.
Em relação a um motor preparado para usar tanto o óleo diesel
convencional quanto o óleo diesel feito com gordura de frango
(biodiesel) conforme se lê no texto, considere as afirmativas.
I – A temperatura mais alta a que está submetido o motor será
igual à da fervura da gordura de frango, que é muito menor do
que a temperatura do óleo diesel convencional e, portanto, com
um rendimento maior.
II – A equação apresentada descreve o rendimento de uma
máquina ideal, podendo ser utilizada para analisar o rendimento
de máquinas reais.
III – O rendimento de um motor independe do tipo de combustível
usado; depende apenas das temperaturas mais alta e mais baixa
a que está submetido.
IV – O rendimento de qualquer máquina térmica, que pode ser
calculado pela equação apresentada no enunciado, é inferior a
100%.
Assinale a alternativa CORRETA.
a) Somente as afirmativas I e III são corretas.
b) Somente as afirmativas II e IV são corretas.
c) Somente as afirmativas II e IV são corretas.
d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas.
e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
33-(PUC-SP) Um automóvel com motor 1.0 (volume de 1,0 litro),
conhecido pelo seu menor consumo de combustível, operacom
pressão média de 8 atm e 3300 rpm (rotações por minuto),
quando movido a gasolina. O rendimento desse motor, que
consome, nestas
condições, 4,0 g/s
(gramas por segundo)
de combustível, é de
aproximadamente
a) 18%
b) 21%
c) 25%
d) 27%
e) 30%
34-(UEL-PR) A conservação de alimentos pelo frio é uma das
técnicas mais utilizadas no dia
a dia, podendo ocorrer pelos
processos de refrigeração ou
de congelamento, conforme o
tipo de alimento e o tempo de
conservação desejado.
Sobre os refrigeradores,
considere as afirmativas.
I – O refrigerador é uma
máquina que transfere calor.
II – O funcionamento do refrigerador envolve os ciclos de
evaporação e de condensação do gás refrigerante.
III – O gás refrigerante é uma substância com baixo calor latente
de vaporização.
IV – O processo de refrigeração realiza trabalho ao retirar calor da
fonte fria e transferi-lo para a fonte quente.
Assinale a alternativa CORRETA.
a) Somente as afirmativas I e II são corretas.
b) Somente as afirmativas I e III são corretas.
c) Somente as afirmativas III e IV são corretas.
d) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas.
e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.
35-(UEL-PR) Leia o texto a seguir.
“Por trás de toda cerveja gelada, há sempre um bom freezer. E
por trás de todo bom freezer, há sempre um bom compressor – a
peça mais importante para que
qualquer sistema de refrigeração
funcione bem. Popularmente
conhecido como ‘motor’, o
compressor hermético é
considerado a alma de um
sistema de refrigeração. A
fabricação desses aparelhos
requer tecnologia de ponta, e o
Brasil é destaque mundial nesse
segmento”.
(KUGLER, H. Eficiência gelada. “Ciência Hoje”. v. 42, n. 252. set.
2008. p. 46.)
Assinale a alternativa que representa corretamente o diagrama de
fluxo do refrigerador.
36-(UEPG-GO) A termodinâmica pode ser definida como uma
ciência experimental baseada em um pequeno número de
princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas
a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale
o que for correto.
01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento
superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as
mesmas temperaturas.
02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral
da conservação da energia.
04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente
transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em
calor.
08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível
torna-se indisponível para a realização de trabalho.
16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema
apresenta variação nula.
37-(ITA-SP) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ
mostrado no
diagrama T-S da
figura.
Pode-se afirmar
que
a) processo JK
corresponde a
uma compressão
isotérmica.
b) o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T2 –
T1)(S2 – S1).
c) o rendimento da maquina é dado por η= 1 – T2/T1.
d) durante o processo LM, uma quantidade de calor QLM = T1(S2 –
S1) é absorvida pelo sistema.
e) outra máquina térmica que opere entre T2 e T1 poderia
eventualmente possuir um rendimento maior que a desta.
38-(PUC-RS) Para responder a questão, considere o texto e o
gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot
e a razão T2/T1 das temperaturas em que opera a máquina.
O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma
máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas
temperaturas T1 e T2, com T1 maior do que T2 obtém o máximo
rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é
definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da
máquina executa e o calor que absorve do reservatório à
temperatura T1.
Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que
o
rendimento
da máquina
de Carnot
aumenta
quando a
razão
T2/T1 diminu
i,
a)
alcançando
100% quando T2 vale 0ºC. b) alcançando 100%
quando T1é muito maior do que T2.
c) alcançando 100% quando a diferença entre T1 e T2 é muito
pequena. d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo
ideal.
e) mas nunca alcança 100%.
39-(UFAL) A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo
automóvel retira 40 kJ do compartimento da fonte quente, onde
se dá a queima do combustível, e realiza 10 kJ de trabalho.
Sabendo que parte do calor retirado da fonte quente é
dispensado para o ambiente (fonte fria) a uma temperatura de 27
ºC, qual seria a temperatura
no compartimento da fonte
quente se esse motor
operasse segundo o ciclo de
Carnot?
Dado: considere que as
temperaturas em graus
centígrados, TC, e Kelvin, TK, se relacionam através da expressão
TC = TK − 273.
a) 127 ºC
b) 177 ºC
c) 227 ºC
d) 277 ºC
e) 377 ºC
40-(UEPG-PR)
A termodinâmica pode ser definida como uma ciência
experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis
da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da
experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for
correto.
01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento
superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as
mesmas temperaturas.
02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral
da conservação da energia.
04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente
transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em
calor.
08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível
torna-se indisponível para a realização de trabalho.
16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema
apresenta variação nula.
41-(CEFET-MG)
Um processo cíclico de Carnot possui um rendimento de 50%.
Uma máquina real, que opera sob as mesmas condições térmicas
desse ciclo, apresentará um rendimento térmico r, tal que
a) r 50%.
b) r = 50%.
c) r > 50%.
d) r < 50%.
42-(UFU-MG)
Em relação à Primeira e à Segunda Lei da Termodinâmica, é
correto afirmar que:
a) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a
temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei
da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o
calor absorvido é convertido completamente em trabalho.
Entretanto, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica
não é violada porque o sistema não está isolado.
b) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a
temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei
da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o
calor absorvido é convertido completamente em trabalho e pode-
se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada, uma vez
que esse é um sistema isolado.
c) Na expansão adiabática de um gás ideal monoatômico, a
temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei
da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o
calor absorvido é convertido completamente em trabalho e,
considerando que esse não é um sistema isolado, pode-se
afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada.
d) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a
temperatura permanece constante e, de acordo com a segunda lei
da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o
calor absorvido é convertido completamente em trabalho.
Entretanto, pode-se afirmar que a primeira lei da termodinâmica
não é violada, porque o sistema não está isolado.
43-(UFBA-BA)
Praticamente todos os veículos automotivos são movidos por
alguma versão de motor de combustão interna de quatro tempos,
patenteado por Nikolaus Otto em 1876. O motor de quatro tempos
comprime uma mistura de ar-combustível que explode na
presença de uma faísca, criando uma fonte de calor intensa, mas
transitória. Embora a busca por combustíveis mais eficientes e
menos agressivos ao meio ambiente tenha se intensificado desde
o final do século passado, a combustão de uma mistura ar-vapor
de gasolina ainda é a reação mais utilizada para mover os
veículos em todo o mundo.
(MOYERR, 2009, p. 78).
Uma análise de aspectos envolvidos no funcionamento de
motores de quatro tempos permite afirmar:
01) O motor de combustão interna de quatro tempos opera
segundo o ciclo de Carnot, no qual um fluido de trabalho sofre
duas transformações adiabáticas alternadas de duas
transformações isotérmicas, proporcionando rendimento máximo
igual a um.
02) O conteúdo energético dos reagentes é maior do que o dos
produtos, nas reações que ocorrem nas câmaras de combustão
dos motores.
04) A combinação de força e velocidade, obtida por meio de
engrenagens nos carros movidos a gasolina, independe da
potência do carro.
08) O calor de combustão da reação que ocorre nos motores é
fornecido pela faísca elétrica que provoca a explosão da mistura
combustível.
16) A queima de combustíveis derivados do petróleo libera
energia, que é proveniente da biomassa construída em processos
energéticos e preservada ao longo do tempo geológico.
32) A interferência do motor de combustão interna na
estabilidade do clima decorre do efeito destrutivo dos gases
liberados sobre a camada de ozônio.
64) A energia liberada na combustão total de gás metano, um
substituto da gasolina, em um motor, é maior do que 520kJ/mol,
se observadas as informações expressas na equação
termoquímica
44-(UFBA-BA)
A tecnologia é o eixo comum que perpassa todas as dimensões.
Em um mundo que, a cada dia, nos confunde mais, onde é difícil
se dizer o que é real, o que é ficção ou o que é virtual, fica muito
mais complexo definirmos um conceito para esclarecê-la de
forma objetiva. (MARTINS, 2010).
A aplicação tecnológica de uma descoberta científica pode levar
muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta da penicilina
decorreram quase 30 anos; da energia nuclear, 26 anos; da cópia
Xerox, 15 anos. (FELTRE, 2004, p. 67).
Considerando-se que a vida em uma sociedade tecnológica
condiciona o ser humano a ampliar os limites das ciências na
busca de um espaço comum, a análise da construção do
conhecimento científico e sua aplicação às diversas atividades
humanas permite afirmar:
01) A elaboração de uma teoria é um processo dinâmico que
envolve novos conhecimentos construídos ao longo da História,
como se configura no neodarwinismo.
02) A constatação de que “mantendo-se a temperatura absoluta
constante, os volumes dos gases são inversamente
proporcionais às pressões que suportam” resume a Teoria Geral
dos Gases.
04) Os hiatos entre as descobertas científicas e suas aplicações
são causados pela falta de comunicação entre os componentes
da comunidade científica.
08) A máquina a vapor que impulsionou a Revolução Industrial
está alicerçada na segunda lei da termodinâmica, porque
possibilita a transformação integral de calor em trabalho útil.
16) As fibras ópticas utilizadas na medicina apresentam a razão
entre o índice de refração do núcleo e o índice de refração do
revestimento maior que um, o que possibilita o transporte de
informações.
32) Pasteur, ao manter estéril os líquidos contidos nos famosos
frascos de pescoço de cisne — em experimento clássico sobre
biogênese —, contribuiu para o desenvolvimento de técnicas
para a conservação de alimentos.
45-(ITA-SP)
A inversão temporal de qual dos processos abaixo NÃO violaria a
segunda lei de termodinâmica?
a) A queda de um objeto de uma altura Η e subsequente parada
no chão.
b) O movimento de um satélite ao redor da Terra.
c) A freada brusca de um carro em alta velocidade.
d) O esfriamento de um objeto quente num banho de água fria.
e) A troca de matéria entre as duas estrelas de um sistema
binário.
46- (UFG-GO)
A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a
combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera
uma faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa.
Considere que a faísca seja suficientemente rápida, de modo que
o movimento do pistão
possa ser desprezado.
A faísca e a liberação dos
gases pelo escapamento
ocorrem,
respectivamente, nos
pontos
(A) A e C.
(B) B e A.
(C) D e A.
(D) D e B.
(E) O e C.
47-(AFA)
Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da
Termodinâmica, analise as proposições a seguir.
I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter
energia mecânica em energia térmica com conseqüente
realização de trabalho.
II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por
Clausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um
corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um
agente externo como é o caso do refrigerador.
III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em
transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar
completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte
quente.
IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas
fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot,
operando entre essas mesmas temperaturas.
São corretas apenas
a) I e II b) II e III c) I, III e IV
d) II e IV
48-(ENEM-MEC) Um motor só poderá realizar trabalho se
receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a
energia armazenada no
combustível é, em parte, liberada
durante a combustão para que o
aparelho possa funcionar.
Quando o motor funciona, parte
da energia convertida ou
transformada na combustão não
pode ser utilizada para a
realização de trabalho. Isso
significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.
CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009
(adaptado).
De acordo com o texto, as transformações de energia que
ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de
a:
a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
e) utilização de energia potencial do combustível ser
incontrolável.
Segunda Lei da Termodinâmica
01- η=1 – 36/45 — η= 1 – 0,8 — η=0,2=20%
02- a) η = 1 – T1/T= 1 – (0 + 273)/(100 + 273) — η = 1 –
273/373=(373 – 273)/373 — η =0,268 ou η = 26,8%
b) η = 1 – Q1/Q — 0,268= 1 – Q1/1.000 — Q1=732cal
03- η = 1 – T1/T — 0,25= 1 – (27 + 273)/T — 0,75=300/T —
T=300/0,75 — T=400K=127o
C
04- η = 1- 275/300 — η = 25/300 — η = 0,08 — η = 8%
05- R- V V V V V — veja teoria
06- R- D — veja teoria
07- η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500 — η=1 – 0,4=0,6 —
R- E
08- (01) Falsa — veja teoria
(02) Correta — veja teoria
(04) Falsa — veja teoria
(08) Verdadeira — o rendimento da máquina de Carnot é função
exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e
não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar.
(16) Verdadeira — veja teoria
R- (02+08+16) = 26
09- 01. Falsa — o ciclo de Carnot indica um rendimento máximo,
mas menor que 100%.
02. Verdadeira — η= 1 – (273 + 7)/(273 + 37)= 1 – 0,9 — η=90%
— 20%<η
04. Verdadeira — a água apresenta densidade máxima a 4o
C.
08. Verdadeira — veja teoria.
16. Falsa — não viola o princípio da conservação da energia.
R- (02 + 04 + 08)=14
10- W=Q1 – │Q2│=3,0.104
J — η = W/Q1 — 0,6=3,0.104
/Q1 —
Q1=5,0.104
J — Q1– │Q2│=3,0.104
J — 5,0.104
– │Q2│= 3,0.104
—
│Q2│= 2,0.104
J — primeira lei da termodinâmica — ΔQ=W —
ΔU=ΔQ – W — ΔU=3,0.104
– 3,0.104
— ΔU=0 — R- D
11- W= Q1 – Q2 — 800=4.000 – Q2 — Q2=3.200J — η = 1 –
Q2/Q1 — η = 1 – 3.200/4.000 — η = 1,0 – 0,8 — η = 0,2 —
η = 1 – T2/T1 — 0,2= 1 – 300/T1 — T1=300/0,8 — T1= 375K — R-
A
12- I. Correta — os espaços vazios entre as prateleiras facilitam
as correntes de convecção.
II. Falsa — a massa de gelo corresponde a um isolante térmico
evitando que o congelador retire calor do interior da geladeira.
III. Correta — o calor retirado do interior da geladeira deve sair
pela “grade”.
R- D
13- R- E — veja teoria
14- Com T1=500K e T2=250K, o rendimento máximo dessa
máquina valeria — η = 1 – T2/T1=1 – 250/500 — η = 0,5 — se o
trabalho produzido por essa máquina fosse W=0,75Q1 e o calor
rejeitado fosse Q2=0,25Q1, o rendimento dessa máquina seria —
η = Q1 – Q2/Q1 — η = W/Q1=0,75Q1/Q1 — η =0,75 — esse
rendimento é impossível, pois é maior que o rendimento de uma
máquina de Carnot operando entre as mesmas fontes — R- A
15- No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas,
o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura
ar combustível rapidamente — observe que como a compressão
é muito rápida, não ocorre trocas de calor com o meio, portanto o
processo é adiabático — R- B
16- η = 1 – X/400 — 1= 1 – X/400 — 0=T/400 — T=0K — R-
D — Observação — para o rendimento ser de 100% a
temperatura da fonte fria deveria ser a temperatura absoluta 0K (-
273o
C), o que, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica
não pode ocorrer — veja teoria de entropia.
17- I. Falsa — temperatura é um número associado ao nível de
vibração das moléculas.
II. Verdadeira — veja teoria
III. Verdadeira — adiabática — Q=0 — ΔU=Q – W — ΔU= 0 –
W — ΔU=-W — observe que numa expansão — W>0 e,
consequentemente ΔU<0.
IV. Falsa — você pode comprimi-lo isotermicamente que sua
temperatura aumenta.
R- D
18- a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura
constante — Transformação adiabática: ocorre sem quem haja
trocas de calor
b) η=1 – 400/800=1 – ½ — η=0,5=50%
c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa
porcentagem é transformada em trabalho — W=500J
19- η=30/100=0,3 — η = 1 – T2/T1 — 0,3= 1 – T2/T1 — T1=T2/0,7
— T’=2T1 — T’=2T2/0,7 — T’=T2/0,35 — η’=1 – T2/T1 — η’= 1 –
T2/(T2/0,35) — η’=1 – 0,35 — η’=0,65 — R- E
20- Cálculo do máximo rendimento dessa máquina — η = 1 –
300/500 — η=1,0 – 0,6 — η = 0,4=40% — nenhuma das
máquinas pode ter rendimento superior a 0,4 — A — η
=10.000/10.000 — η=1 (não pode, superior a 0,4) — B —
η=6.000/12.000 — η=0,5 (não pode, superior a 0,4) — C —
η=3.000/8.000 — η=0,375 — (pode, inferior a 0,4) — R- C
21- I. Verdadeira — veja teoria
II. Falsa — como no decorrer do ciclo a temperatura varia,
energia interna também variará
III. Falsa — é impossível transformar todo calor recebido em
trabalho
R- A
22- R- C — veja teoria
23- 01. Correta — compressão rápida é adiabática (não troca
calor com o ambiente) — Q=0 — ΔU=Q – W — ΔU= -W — na
compressão o volume diminui e o W é negativo — ΔU= – (-W) —
ΔU > 0.
02. Falsa — duas isotérmicas e duas adiabáticas.
04. Falsa — depende também da temperatura da fonte fria.
08. Correta — veja teoria
16. Correta — veja teoria
R- (01 + 08 + 16)=25
24- Temperatura está associada ao numero que mede o
movimento oscilatório das moléculas — no compartimento das
mais velozes, a temperatura é maior e no das mais lentas, a
temperatura é maior — R- A
25- R- E — sempre que o gás se expande, seu volume ao
aumentar, produz trabalho positivo.
26- R- A — O Segundo Princípio da Termodinâmica que um
sistema isolado tende a evoluir no sentido de aumentar a
entropia.
27- Como a entropia refere-se à desordem do sistema, a entropia
diminui — R- A
28- a) Utilizando a equação — Ea≈1 – 1/√ra — Ea=1 – 1/√11=1 –
1/(10/3) — Ea=1 – 3/10 — Ea=0,7=70% — Eg≈1 – 1/√rg — Eg=1 –
1/√9=1 – 1/3 — Eg=2/3 — Eg=0,67=67%
b) PfVf/Tf= PiVi/Ti — 30.36/Tf=1.400/300 — Tf=810K
29- R- (01 + 04 + 16) = 21
30- R- D — veja teoria
31-
32- I. Falsa — A maior temperatura obtida por uma máquina
(motor) térmica é a da combustão, que é a temperatura onde
acontece a reação química do carboidrato com o oxigênio do ar,
resultando em gás carbônico e água, sem relação nenhuma com
a temperatura de fervura.
II. Correta — esta equação é a que fornece o rendimento de uma
máquina térmica ideal e pode ser utilizada para análise de
rendimento de máquinas reais.
III. Correta — Carnot — “O rendimento de uma máquina térmica
não depende do tipo de combustível utilizado, dependendo
apenas da temperatura da fonte quente (mais alta) e da fonte fria
(mais baixa)”
IV. Correta — Não existe máquina térmica com rendimento de
100%, que consiga transformar integralmente calor em trabalho.
R- E
33-
R- C
34- I. Correta — O refrigerador é uma máquina térmica que
transfere calor da fonte fria para a fonte quente.
II. Correta — O refrigerador é uma máquina térmica que usa um
líquido refrigerante com processos de condensação e
vaporização.
III. Falsa — quanto maior o calor latente de vaporização do
líquido refrigerante, menor é o trabalho realizado pelo
refrigerador.
IV. Correta — O processo de refrigeração realiza trabalho por
meio de um compressor que mantém a circulação do fluido
refrigerante, retirando calor da fonte fria e transferindo-o para a
fonte quente.
R- D
35- Em um sistema de refrigeração, como uma geladeira ou ar-
condicionado, o trabalho é recebido para que o calor oriundo da
fonte fria seja transferido para a fonte quente — R- D
36- (01) Correta.
(02) Correta.
(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL
transformar integralmente calor em trabalho.
(08) Correta.
(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da
temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à
temperatura inicial.
R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27
37- No ciclo temos as seguintes transformações:
JK — expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema
recebe calor e realiza trabalho;
KL — resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar
a entropia, logo não há troca de calor;
LM — compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema
perde calor e recebe trabalho;
MJ — aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem
variar a entropia — observe que se trata de um ciclo de Carnot,
com rendimento — η=1 – T1/T2 — Calculo do trabalho realizado
no ciclo, lembrando que a variação da entropia é — ΔS=Q/T,
onde Q é o calor trocado na transformação — a transformação
JK é isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula —
da 1ª lei da termodinâmica ( ) — 0 = QJK – WJK — WJK =
QJK. (equação 1) — DSJK= QJK/T2 — QJK=(SJ – SK).T2 — QJK =
(S2 – S1)T2 — substituindo nessa expressão a equação (1) —
WJK = (S2 – S1)T2 — seguindo esse mesmo raciocínio para a
transformação LM, que também é isotérmica, mas com
compressão — WLM = (S1 – S2)T1 Þ WLM = –(S2 – S1)T1 — nas
transformações KL e MJ o sistema não troca calor —
novamente, pela 1ª lei da termodinâmica — DUKL = – WKL e
DUMJ = –WMJ — como DUMJ = – DUKL Þ WMJ = – WKL — o trabalho
no ciclo é o somatório desses trabalhos — Wciclo = WJK + WKL +
WLM + WMJ — Wciclo = (S2 – S1)T2 + WKL – (S2 – S1)T1 – WKL —
Wciclo = (S2 – S1)T2 – (S2 – S1)T1 — Wciclo = (S2 – S1) (T2 – T1).
R- B
38- A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina
térmica, operando em ciclos entre uma fonte quente, à
temperatura T1, e uma fonte fria, à temperatura T2, consegue
transformar integralmente calor em trabalho. Portanto o
rendimento nunca pode chegar a 100%, sendo no máximo, igual
ao da máquina de Carnot — de fato, analisando o gráfico, vemos
que o rendimento seria igual a 100% quando a razão T2/T1 fosse
nula, ou seja — T2/T1=0 — T2=0 — a fonte fria teria que estar a
0 K, o que é um absurdo — portanto o rendimento r é sempre
menor que 100%.
R- E
39- Dados: T1 = 27 °C = 300 K; Q1 = 40 kJ; W = 10 kJ.
O rendimento (h) desse motor é — η=W/Q1=10/40 —
η=0,25=25% — aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot —
h = 1 – — h — T1 = — T1 = K
— T1 = 400 – 273 — T1 = 127 °C.
R- A
40- (01) Correta.
(02) Correta.
(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL
transformar integralmente calor em trabalho.
(08) Correta.
(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da
temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à
temperatura inicial.
R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27
41- A termodinâmica estabelece que nenhuma máquina operando
em ciclos fornece rendimento maior que a máquina ideal de
Carnot.Portanto, r < 50% — R- D
42- Se a expansão é isotérmica a energia interna não varia.
Sendo o sistema não termicamente isolado, todo calor recebido
pelo gás é transformado em trabalho — R- A
43- Respostas das questões de física:
01. Falsa — O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o
máximo rendimento que uma máquina térmica poderia fornecer
— na prática, nenhum motor opera segundo esse ciclo.
04. Falsa — a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da
potência (P), pois — P = F.V
08. Falsa — o calor de combustão é fornecido pela queima do
combustível — a faísca é somente para iniciar a combustão.
16. Correta.
R- (02 + 16 + 64) = 82
44- 01. Resposta de Biologia. O neodarwinismo é a síntese entre
a teoria darwinista (séc. XIX) e os conhecimentos de genética
(séc. XX).
02. Resposta de Física — Falsa — a equação geral dos gases,
afirma que, para uma amostra de gás ideal confinada num
recipiente, vale a relação — PV=nRT — através dessa
expressão você observa que a teoria geral dos gases ideais é
assim resumida: “o produto pressão (P) x volume (V) é
diretamente proporcional à temperatura absoluta (T) do gás.” —
existe uma única exceção que ocorre numa transformação
isotérmica onde a temperatura absoluta é constante e P.V=K e,
nesse caso a pressão e o volume são inversamente
proporcionais — mas trata-se apenas de um caso particular.
04. Resposta de Física — Falsa — a falta de comunicação entre
os componentes da comunidade científica é apenas um dos
entraves — existem outros fatores, como por exemplo, falta de
investimentos nessas novas tecnologias, dificuldades técnicas
na construção de equipamentos para elaboração dos produtos
em escala comercial — tecnologia exige tecnologia.
08) Resposta de Física — falsa — a segunda lei da
termodinâmica afirma exatamente o contrário: é impossível
transformar integralmente calor em trabalho.
16. Resposta de Física — Correta — o transporte de
informações através de fibras ópticas é feito por reflexão total no
interior da fibra — esse fenômeno só é possível quando o
sentido de propagação da luz é do meio mais refringente (núcleo)
para o meio menos refringente (revestimento), como indicado na
figura abaixo.
32. Resposta de Biologia — a conservação dos alimentos impõe
a eliminação ou redução da ação de microrganismos
decompositores ou patogênicos como bactérias, fungos e algas
— os trabalhos de Pasteur contribuíram para o desenvolvimento
de técnicas de conservação dos alimentos.
R- (01 + 16 + 32) = 49.
45- A segunda lei da termodinâmica envolve a transformação de
calor em trabalho — dos processos dados, o único que não
envolve realização de trabalho é o movimento de um satélite em
órbita, pois se trata de um sistema conservativo, já que ocorre no
vácuo, não havendo atrito com o ar e consequentemente não
provocando calor — assim, não há transformação de calor em
trabalho ou vice-versa, não violando, portanto, a segunda lei da
termodinâmica, qualquer que seja o
sentido de giro do satélite.
R- B
46- Observe as figuras e as
explicações abaixo — o primeiro
tempo refere-se à admissão, a
mistura entra e o gás se expande
isobáricamemte (trecho OA) — o segundo tempo refere-se à
compressão (trecho AD) — o terceiro tempo refere-se à
combustão, cujo início ocorre devido à faísca elétrica (trecho DC)
— o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da qual
os gases são expelidos (trecho CB) — a faísca ocorre no início
do trecho DC, em C e a liberação dos gases no final do trecho CB,
em B — R- D
47- I- Falsa — máquinas térmicas – qualquer dispositivo capaz
de transformar a energia interna de um combustível em energia
mecânica — também pode ser definida como o dispositivo
capaz de transformar parte de calor em trabalho.
II. Correta — enunciado de Clausius — não é possível um
processo cujo único resultado seja a transferência de calor de um
corpo de menor temperatura a outro de maior temperatura —
para que isso ocorra é preciso realizar trabalho — as máquinas
frigoríficas não contrariam o enunciado da segunda lei da
Termodinâmica, que a referida passagem não é espontânea,
ocorrendo à custa de um trabalho externo. No refrigerador das
geladeiras comuns existe um líquido refrigerante (freon,
tetrafluoretano, etc,), que, ao sofrer expansão passa do estado
líquido ao estado gasoso, que abaixa a temperatura na serpentina
interna (congelador).
III. Falsa — contraria o segundo princípio da termodinâmica que
pode ser definido como: “É impossível obter uma máquina
térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar
totalmente o calor por ela recebido em trabalho”.
IV- Correta — Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela máquina
de Carnot, idealizada pelo engenheiro francês Carnot e que tem
funcionamento apenas teórico — funcionando entre duas
transformações isotérmicas e duas adiabáticas alternadamente,
permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo
(fonte fria) — o rendimento da Máquina de Carnot é o máximo
que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas
da fonte quente e da fonte fria pode ter (mas o rendimento nunca
chega a 100%).
R- D
48- Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da
seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que,
operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor
por ela recebido em trabalho” — sempre haverá energia
dissipada pelo motor — R- C

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Questoes resolvidas de termodinmica

  • 1. EXERCICIOSDE REVISÃO Questões resolvidas de vestibulares de Termodinâmica Questões resolvidas de vestibulares sobre 1ª e 2ª Lei da Termodinâmica, Energia Interna, Ciclo de Cannot e trabalho de um gás 1) Ao receber uma quantidade de calor Q=50J, um gás realiza um trabalho igual a 12J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U=100J, qual será esta energia após o recebimento? Solução: 2) Qual o rendimento de uma máquina térmica que retira de uma fonte quente 200 cal e passa para uma fonte fria 50 cal. Solução: Sabemos que: h = 1 - Q2 / Q1 Logo, h = 1 – 50 / 200 è h = 1 – 0,25 = 0,75 = 75% 3) O rendimento de uma máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria atmosfera a 27°C. Determinar a temperatura da fonte quente. Solução: Como Q2 / Q1 = T2 / T1 , podemos calcular h = 1 - T2 / T1 Logo, h = 1 - 300 / T1 ou seja, 0,25 = 1 - 300 / T1 300 / T1 = 1 – 0,25 = 0,75 è T1 = 300 / 0,75 = 30000 / 75 = 400 K Convertendo para Celsius, 400 K = 400 – 273 = 127°C
  • 2. 4) Uma máquina térmica recebe de uma fonte quente 100 cal e transfere para uma fonte fria 70 cal. Qual o rendimento desta máquina ? Solução: Sabemos que : h = 1 - Q2 / Q1 Então, h = 1 – 70 / 100 è h = 1 - 0,7 = 0,3 = 30% 5) Uma máquina térmica de Carnot recebe de uma fonte quente 1000 cal por ciclo. Sendo as temperaturas das fontes quente e fria, respectivamente, 127 °C e 427 °C, determinar a) o rendimento da máquina b) o trabalho, em joules, realizado pela máquina em cada ciclo c) a quantidade de calor, em joules, rejeitada para a fonte fria Usar como equivalência 1 cal = 4,2 J Solução: Convertendo as medidas, temos: T1 = 427 + 273 = 700 K T2 = 127 + 273 = 400 K Q1 = 1000 cal= 1000 . 4,2 = 4200 J a) cálculo do rendimento Como Q2 / Q1 = T2 / T1 , podemos calcular h = 1 - T2 / T1 Logo, h = 1 – 400 / 700 = 1 - 0,57 = 0,43 = 43% b) cálculo do trabalho em cada ciclo Sabemos que: h = t / Q1 è 0,43 = t / 4200 è t = 4200 . 0,43 = 1806 J c) cálculo da quantidade de calor rejeitada. Sabemos que t = Q1 - Q2 è 1806 = 4200 - Q2 Q2 = 4200 – 1806 = 2394 J 6) Uma amostra de gás ideal se expande de pressão e volume iniciais correspondentes a 32 atm e 1 litro, respectivamente, para um volume final de 4 L. A temperatura inicial do gás era de 27 C. Quais serão a pressão e a temperatura final desse gás e quanto trabalho ele realizará durante a expansão, se esta for: a) isotérmica, b) adiabática e o gás monoatômico, e c) adiabática e o gás diatômico? a) Um processo isotérmico e um processo a temperatura constante, para que ocorra, e necessário que a transferência de calor para dentro ou para fora do
  • 3. sistema seja suficientemente lenta, possibilitando que o sistema permaneça em equilíbrio. Onde a e Q=W que nos da: . O trabalho e dado pela equação b) um processo adiabático e aquele no qual não ocorre transferência de calor nem dentro, nem para fora do sistema; Q= 0 o calor especifico molar a volume constante pode ser expresso como um simples multiplicar a constante do gás R em certos casos id eais. Gás monoatômico , gás diatômico , solido monoatômico e . A pressão final será Podemos também chegar a temperatura final através da equação: A primeira Lei nos fala que a o a variação de energia pode ter uma variação negativa que podemos calcular, No estado inicial temos: c) Se a expansão e adiabática e o gás e diatômico tem-se Q= 0 , , e 7) 20, 9 J de calor são adicionados a um certo gás ideal. Como resultado, seu volume aumenta de 50 cm3 para 100 cm3, enquanto sua pressão permanece constante (1 atm). (a) Qual a variação na energia interna do gás? (b) Se a quantidade de gás presente for 2 x 10-3 mol, calcule o calor específico molar a pressão constante. (c) Calcule o calor específico molar a volume constante. (a) A variação da energia interna do gás pode ser calculada pela primeira lei da termodinâmica:
  • 4. (b) Relacionando as equações temos: a razão entre elas nos da: (c) Relacionando entre os calores específicos à pressão e a volume constantes é: 8) Quando um sistema é levado do estado i para o estado f ao longo da trajetória iaf na figura, Q = 50 cal e W = 20 cal. Ao longo da trajetória ibf, Q = 36 cal. (a) Qual o valor de W ao longo da trajetória ibf? (b) se W = - 13 cal para a trajtória de volta fi, qual será Q para essa trajetória? (c) Considere Eint i = 10 cal. Qual é Eint,f? (d) se Eint,b = 22 cal, qual o valor de Q para a trajetória ib e para a trajetória bf? Primeira lei da termodinamicaprincipio da conservação de energia para 1 processo termodinamico e expressa pela equação: , ( ) energia interna, ( ) energia de troca e ( ) trabalho realizado. (a) Qual o valor de W ao longo da trajetória iaf ?. Valor do trabalho na trajetoriaibf ? (b) se W = - 13 cal para a trajtória de volta fi, qual será Q para essa trajetória? (c) Considere Eint i = 10 cal. Qual é (d) se Eint,b = 22 cal, qual o valor de Q para a trajetória ib e para a trajetória bf? 9) Quanto trabalho deve ser realizado por um refrigerador Carnot para transferir 1,0 J sob a forma de calor (a) de um reservatório a 7,0 ºC para um a 27 ºC, (b) de
  • 5. um reservatório a – 73 ºC para um a 27 ºC, (c) de um reservatório a – 173 ºC para um a 27 ºC e (d) de um reservatório a -223 ºC para um a 27 ºC? (a) Coeficiente de desempenho ( ), energia transferida em alta temperatura (Qb), trabalho realizado por bomba (W). Lembrando dos fatores de conversão da temperatura de ºC para K. . Coeficiente de desempenho refrigerador de Carnot. (b) Conversão da temperatura de ºC para K (c) Conversão da temperatura de ºC para K (d) Conversão da temperatura de ºC para K 10) Um motor de Carnot absorve 52 kJ sob a forma de calor e expele 36 kJ sob a forma de calor em cada ciclo. Calcule (a) eficiência do motor e (b) o trabalho realizado por ciclo em quilojoules. (a) A eficiência térmica de um motor térmico é definida como a relação da eficiência do trabalho realizado pelo motor, durante um ciclo, com a energia absorvida no ponto mais alto temperatura durante o ciclo: =36 kJ e =52 kJ. (b) O trabalho realizado por ciclo em quilojoules.
  • 6. 11) Um motor à vapor realiza um trabalho de 12kJ quando lhe é fornecido uma quantidade de calor igual a 23kJ. Qual a capacidade percentual que o motor tem de transformar energia térmica em trabalho? Solução: 12) Qual o rendimento máximo teórico de uma máquina à vapor, cujo fluido entra a 560ºC e abandona o ciclo a 200ºC? Solução: 13) Qual a energia interna de 1,5 mols de um gás perfeito na temperatura de 20°C? Considere R=8,31 J/mol.K. Solução: Primeiramente deve-se converter a temperatura da escala Celsius para Kelvin: A partir daí basta aplicar os dados na equação da energia interna:
  • 7. 14) Qual a energia interna de 3m³ de gás ideal sob pressão de 0,5atm? Solução: Neste caso devemos usar a equação da energia interna juntamente com a equação de Clapeyron, assim: 15) Uma transformação é dada pelo gráfico abaixo: Qual o trabalho realizado por este gás? Solução: O trabalho realizado pelo gás é igual a área sob a curva do gráfico, ou seja a área do trapézio azul. Sendo a área do trapézio dado por: Então, substituindo os valores temos: 16) O gráfico abaixo ilustra uma transformação 100 moles de gás ideal monoatômico recebem do meio exterior uma quantidade de calor 1800000 J. Dado R=8,32 J/mol.K.
  • 8. Determine: a) o trabalho realizado pelo gás; b) a variação da energia interna do gás; c) a temperatura do gás no estado A. Solução: a) O trabalho realizado pelo gás é dado pela área do trapézio sob a curva do gráfico, logo: b) Pela 1ª lei da termodinâmica têm-se que: Então, substituindo os valores temos: c) Pela equação de Clapeyron: Lembrando que: n = 100 moles R= 8,31 J/mol.K E pela leitura do gráfico: p = 300000 N/m²
  • 9. V = 1m³ Aplicando na fórmula: 17) Em uma máquina térmica são fornecidos 3kJ de calor pela fonte quente para o início do ciclo e 780J passam para a fonte fria. Qual o trabalho realizado pela máquina, se considerarmos que toda a energia que não é transformada em calor passa a realizar trabalho? Solução: A segunda lei da termodinâmica enuncia que: Então, substituindo os valores na equação, temos: 18) Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte quente igual a 330°C e fonte fria à 10°C. Qual é o rendimento dessa máquina? Solução: Sendo o rendimento de uma máquina térmica que opera em ciclo de Carnot dado por: onde: T1= temperatura da fonte quente; T2= temperatura da fonte fria. Mas as temperaturas utilizadas devem estar em escala absoluta, logo, devemos convertê-las. Assim:
  • 10. Aplicando estes valores na equação do rendimento, obtemos: 19) (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das transformações: a) adiabática e isobárica. b) isométrica e isotérmica. c) isotérmica e adiabática. d) isobárica e isotérmica. e) isométrica e adiabática. letra D . 20) (UFBA-BA-011) Praticamente todos os veículos automotivos são movidos por alguma versão de motor de combustão interna de quatro tempos, patenteado por Nikolaus Otto em 1876. O motor de quatro tempos comprime uma mistura de ar- combustível que explode na presença de uma faísca, criando uma fonte de calor intensa, mas transitória. Embora a busca por combustíveis mais eficientes e menos agressivos ao meio ambiente tenha se intensificado desde o final do século passado, a combustão de uma mistura ar-vapor de gasolina ainda é a reação mais utilizada para mover os veículos em todo o mundo. (MOYERR, 2009, p. 78). Uma análise de aspectos envolvidos no funcionamento de motores de quatro tempos permite afirmar: 01) O motor de combustão interna de quatro tempos opera segundo o ciclo de Carnot, no qual um fluido de trabalho sofre duas transformações adiabáticas alternadas de duas transformações isotérmicas, proporcionando rendimento máximo igual a um. 02) O conteúdo energético dos reagentes é maior do que o dos produtos, nas reações que ocorrem nas câmaras de combustão dos motores. 04) A combinação de força e velocidade, obtida por meio de engrenagens nos carros movidos a gasolina, independe da potência do carro. 08) O calor de combustão da reação que ocorre nos motores é fornecido pela faísca elétrica que provoca a explosão da mistura combustível. 16) A queima de combustíveis derivados do petróleo libera energia, que é proveniente da biomassa construída em processos energéticos e preservada ao longo do tempo geológico. 32) A interferência do motor de combustão interna na estabilidade do clima decorre do efeito destrutivo dos gases liberados sobre a camada de ozônio.
  • 11. 64) A energia liberada na combustão total de gás metano, um substituto da gasolina, em um motor, é maior do que 520kJ/mol, se observadas as informações expressas na equação termoquímica Solução: 01. Falsa --- O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o máximo rendimento que uma máquina térmica poderia fornecer --- na prática, nenhum motor opera segundo esse ciclo. 04. Falsa --- a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da potência (P), pois --- P = F.V 08. Falsa --- o calor de combustão é fornecido pela queima do combustível --- a faísca é somente para iniciar a combustão. 16. Correta. R- (02 + 16 + 64) = 8 21) -(ENEM-MEC-011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a: a) liberação de calor dentro do motor ser impossível. b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. Solução: Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho” --- sempre haverá energia dissipada pelo motor --- Alternativa C. 22) (UFG-GO-012) A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera uma
  • 12. faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa. Considere que a faísca seja suficientemente rápida, de modo que o movimento do pistão possa ser desprezado. A faísca e a liberação dos gases pelo escapamento ocorrem, respectivamente, nos pontos: (A) A e C. (B) B e A. (C) D e A. (D) D e B. (E) O e C. Solução: Observe as figuras e as explicações abaixo --- o primeiro tempo refere-se à admissão, a mistura entra e o gás se expande isobáricamemte (trecho OA) --- o segundo tempo refere-se à compressão (trecho AD) --- o terceiro tempo refere-se à combustão, cujo início ocorre devido à faísca elétrica (trecho DC) --- o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da qual os gases são expelidos (trecho CB) --- a faísca ocorre no início do trecho DC, em C e a liberação dos gases no final do trecho CB, em B --- Alternativa D 23) (UEPG-PR-010) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula.
  • 13. Solução: (01) Correta. (02) Correta. (04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar integralmente calor em trabalho. (08) Correta. (16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27 24) (UFAL-010) A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo automóvel retira 40 kJ do compartimento da fonte quente, onde se dá a queima do combustível, e realiza 10 kJ de trabalho. Sabendo que parte do calor retirado da fonte quente é dispensado para o ambiente (fonte fria) a uma temperatura de 27 ºC, qual seria a temperatura no compartimento da fonte quente se esse motor operasse segundo o ciclo de Carnot? Dado: considere que as temperaturas em graus centígrados, TC, e Kelvin, TK, se relacionam através da expressão TC = TK − 273. a) 127 ºC b) 177 ºC c) 227 ºC d) 277 ºC e) 377 ºC Solução: Dados: T1 = 27 °C = 300 K; Q1 = 40 kJ; W = 10 kJ. O rendimento (h) desse motor é --- η=W/Q1=10/40 --- η=0,25=25% --- aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot --- h = 1 – --- h --- T1 = --- T1 = K --- T1 = 400 – 273 --- T1 = 127 °C. Alternativa A 25) (ITA-SP-010) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado no diagrama T-S da figura. Pode-se afirmar que a) processo JK corresponde a uma compressão isotérmica. b) o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T2 – T1)(S2 – S1).
  • 14. c) o rendimento da maquina é dado por η= 1 – T2/T1. d) durante o processo LM, uma quantidade de calor QLM = T1(S2 – S1) é absorvida pelo sistema. e) outra máquina térmica que opere entre T2 e T1 poderia eventualmente possuir um rendimento maior que a desta. Solução: No ciclo temos as seguintes transformações: JK --- expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema recebe calor e realiza trabalho; KL --- resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar a entropia, logo não há troca de calor; LM --- compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema perde calor e recebe trabalho; MJ --- aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem variar a entropia --- observe que se trata de um ciclo de Carnot, com rendimento --- η=1 – T1/T2 --- Calculo do trabalho realizado no ciclo, lembrando que a variação da entropia é --- ΔS=Q/T, onde Q é o calor trocado na transformação --- a transformação JK é isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula --- da 1ª lei da termodinâmica ( ) --- 0 = QJK – WJK --- WJK = QJK. (equação 1) --- DSJK= QJK/T2 --- QJK=(SJ – SK).T2 --- QJK = (S2 – S1)T2 --- substituindo nessa expressão a equação (1) --- WJK = (S2 – S1)T2 --- seguindo esse mesmo raciocínio para a transformação LM, que também é isotérmica, mas com compressão --- WLM = (S1 – S2)T1 Þ WLM = –(S2 – S1)T1 --- nas transformações KL e MJ o sistema não troca calor --- novamente, pela 1ª lei da termodinâmica --- DUKL = –WKL e DUMJ = – WMJ --- como DUMJ = – DUKL Þ WMJ = – WKL --- o trabalho no ciclo é o somatório desses trabalhos --- Wciclo = WJK + WKL + WLM + WMJ --- Wciclo = (S2 – S1)T2 + WKL – (S2 – S1)T1 – WKL --- Wciclo = (S2 – S1)T2 – (S2 – S1)T1 --- Wciclo = (S2 – S1) (T2 – T1). Alternativa B 26) (Olimpíada Brasileira de Física) Assinale a seguir a alternativa que não é compatível com a segunda lei da Termodinâmica. a) A variação de entropia de qualquer sistema que sofre uma transformação termodinâmica é sempre positiva ou nula. b) A temperatura de zero absoluto é inatingível. c) Um refrigerador com a porta aberta jamais conseguirá por si só esfriar uma cozinha fechada. d) Nem todo calor produzido no motor a combustão de um automóvel é convertido em trabalho mecânico. e) O ar de uma sala de aula jamais se concentrará completa e espontaneamente em uma pequena fração do volume disponível. Solução: Alternativa A --- O Segundo Princípio da Termodinâmica que um sistema isolado tende a evoluir no sentido de aumentar a entropia. 27) (UFBA-BA) Com base nos conhecimentos sobre Termodinâmica, é correto afirmar:
  • 15. 01) Quando um gás ideal é comprimido rapidamente, a energia interna do gás aumenta. 02) O ciclo de Carnot é composto por transformações isométricas e isobáricas. 04) O rendimento de uma máquina térmica depende exclusivamente da temperatura da fonte quente. 08) No refrigerador o gás refrigerante remove calor da fonte fria, evaporando-se, e transfere calor à fonte quente, condensando-se. 16) Admitindo-se o Universo como sistema físico isolado, a entropia do Universo sempre aumenta. Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas. Solução: 01. Correta --- compressão rápida é adiabática (não troca calor com o ambiente) --- Q=0 --- ΔU=Q – W --- ΔU= -W --- na compressão o volume diminui e o W é negativo --- ΔU= - (-W) --- ΔU > 0. 02. Falsa --- duas isotérmicas e duas adiabáticas. 04. Falsa --- depende também da temperatura da fonte fria. 08. Correta 16. Correta 28) (UFV-MG) De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a entropia do Universo: a) não pode ser criada nem destruída. b) acabará transformada em energia. c) tende a aumentar com o tempo. d) tende a diminuir com o tempo. e) permanece sempre constante. Letra C 29) (UFC-CE) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão η = 1 - (T2/T1), em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin. Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência η = 30%. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a: a) 40% b) 45% c)50% d) 60% e) 65% Solução: η=30/100=0,3 --- η = 1 – T2/T1 --- 0,3= 1 – T2/T1 --- T1=T2/0,7 --- T’=2T1 --- T’=2T2/0,7 --- T’=T2/0,35 --- η’=1 – T2/T1 --- η’= 1 – T2/(T2/0,35) --- η’=1 – 0,35 --- η’=0,65 --- Alternativa E 30) (UEG-GO) O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de transformações, mais precisamente de duas transformações isotérmicas (THpara a fonte quente e TCpara a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim, o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a
  • 16. temperatura da fonte quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot operando sobre fontes térmicas de TH= 800 K e TC= 400 K. Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J de calor, responda: a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e adiabáticas? b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot. c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor? Solução: a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura constante --- Transformação adiabática: ocorre sem quem haja trocas de calor b) η=1 – 400/800=1 – ½ --- η=0,5=50% c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa porcentagem é transformada em trabalho --- W=500J 31) (UFAL-AL) Analise as proposições a seguir: ( ) Máquina térmica é um sistema que realiza transformação cíclica: depois de sofrer uma série de transformações ela retorna ao estado inicial. ( ) É impossível construir uma máquina térmica que transforme integralmente calor em trabalho. ( ) O calor é uma forma de energia que se transfere espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. ( ) É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas. ( ) Quando um gás recebe 400 J de calor e realiza um trabalho de 250 J, sua energia interna sofre um aumento de 150 J. Solução: V VVVV 32) (UFPEL-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento desta máquina, em percentual, é de: a) 10 b) 25 c) 35 d) 50 e) 60 Solução: η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500 --- η=1 – 0,4=0,6 --- R- E 33) Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450 J de uma fonte de calor e liberando 300 J no ambiente. Uma segunda máquina térmica ideal opera
  • 17. recebendo 600 J e liberando 450 J. Quanto obteremos se dividirmos o rendimento da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina. Observemos a 1ª máquina: Energia recebida è 450 J Energia liberada è 300 J Energia utilizada (DU) è 450 J – 300 J = 150 J Rendimento è 150 / 450 = 1/3 Observemos a 2ª máquina: Energia recebida è 600 J Energia liberada è 450 J Energia utilizada (DU) è 600 J – 450 J = 150 J Rendimento è 150 / 600 = 1 / 4 Rendimento da 2ª máquina = 1 / 4 Rendimento da 1ª máquina = 1/3 Fazendo a divisão è 1 / 4 : 1 / 3 = 3 / 4 = 0,75 34) (UFRN) Um sistema termodinâmico realiza um trabalho de 40 kcal quando recebe 30 kcal de calor. Nesse processo, a variação de energia interna desse sistema é de: a) – 10 kcal b) zero c) 10 kcal d) 20 kcal e) 35 kcal Solução: De acordo com a primeira lei da termodinâmica: Q=∆U+τ ∆U=Q-τ ∆U=30 kcal-40 kcal ∆U=-10 kcal Alternativa A 35) (FMPA-MG) Sobre um gás confinado em condições ideais podemos afirmar corretamente que: a) numa compressão isotérmica o gás cede calor para o ambiente. b) aquecendo o gás a volume constante sua energia interna permanece constante. c) numa expansão adiabática, a temperatura do gás aumenta. d) numa expansão isobárica, a temperatura do gás diminui. e) quando o gás sofre transformações num ciclo, o trabalho resultante que ele realiza é nulo. Solução: a) Correta – na transformação isotérmica, a temperatura do sistema é constante, portanto a variação da energia interna é nula. Isso significa que o calor e o trabalho trocados com o meio externo têm valores iguais, portanto o gás cede calor para o ambiente.
  • 18. b) Errada – na transformação isovolumétrica, o volume permanece constante, portanto não há realização de trabalho pelo gás. Isso significa que a variação da energia interna sofrida pelo sistema gasoso tem valor igual ao do calor trocado com o meio externo. c) Errada – nas transformações adiabáticas não há troca de calor entre o sistema e o ambiente. Portanto, toda energia recebida ou cedida pelo sistema ocorre por meio de trabalho. Isso significa que a variação da energia interna sofrida pelo gás é igual ao trabalho que o sistema troca com o meio ambiente. Sendo assim, em uma expansão adiabática a temperatura e a pressão diminuem e não aumentam. d) Errada – na transformação isobárica, a pressão do sistema gasoso mantém-se constante. Nesse tipo de transformação, quando o volume expande (aumenta), a temperatura dos sistemas também aumenta e não diminui como proposto pela questão. e) Errada – nas transformações cíclicas, o sistema sempre realiza e recebe trabalho, sendo o trabalho total a soma desses trabalhos parciais. O que é nulo em uma transformação cíclica é a energia interna. Alternativa A 36) Uma determinada massa gasosa sofre uma transformação isotérmica, conforme o diagrama, e recebe do meio externo, em forma de calor, 2000 J. Dada a constante universal dos gases R = 8,31 J/mol.K, determine respectivamente o volume final, a variação da energia interna e o trabalho realizado pelo gás e marque a alternativa correta. a) 0,04 m3 , 200 J, 100 J b) 0,04 m3 , 10 J, 5 J c) 0,04 m3 , 0 J, 3200 J d) 0,04 m3 , 0 J, 2000 J e) 0,04 m3 , 200 J, 200 J Solução: Retirando os dados: PA = 4 . 105 N/m2 ; VA = 0,01 m3 ; PB = 105 N/m2 ; Q = 2000 J Numa transformação isotérmica, temos: pA.VA=pB.VB 4 .105 .0,01= 105 .VB VB=0,04 m3 Na transformação isotérmica não há variação de temperatura, portanto:
  • 19. TA=TB ∆T=0 ⟹ ∆U=0 Calculando o trabalho: Q=∆U+τ τ=Q τ=2.000 J Alternativa D 37) (UFRS-RS) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2 . Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de a) 100 J. b) 150 J. c) 250 J. d) 350 J. e) 400 J. Solução: W = P . ΔV W = 20 . (10 - 5) W = 20 . 5 W = 100 J Q = ΔU + W 250 = ΔU + 100 38) (UFAL) Um gás sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico p × V. No trecho AB a transformação é isotérmica. Analise as afirmações: ( ) A pressão no ponto A é 2,5 × 105 N/m2 .
  • 20. ( ) No trecho AB o sistema não troca calor com a vizinhança. ( ) No trecho BC o trabalho é realizado pelo gás e vale 2,0 × 104 J. ( ) No trecho CA não há realização de trabalho. Solução:  A pressão no ponto A PAVA = PBVB PA . 0,1 = 0,5 × 105 . 0,5 P = (0,25 × 105 )/0,1 P = 2,5 × 105 N/m2 .  No trecho AB Transformação isotérmica (Q = W)  No trecho BC PC = PB = P = 0,5 × 105 W = P . ΔV W = P . (VC - VB) W = 0,5 × 105 . (0,1 - 0,5) W = 0,5 . × 105 (-0,4) W = - 0,2 × 105 W = - 2 × 104 J O trabalho é realizado sobre o gás.  No trecho CA V é constante, por isso não há realização de trabalho. 39) Sujeitando-se um mol de um gás ideal, Cv = 12.47 J/K mol, a várias mudanças de estado, qual será a variação de temperatura em cada caso?  Perda de 512 J de calor; destruição de 134 J de trabalho.  Absorção de 500 J de calor; produção de 500 J de trabalho.  Sem escoamento de calor; destruição de 126 J de trabalho. Solução:
  • 21. b) 40) Três mols de um gás ideal são comprimidos isotermicamente de 60 para 20 litros, usando-se uma pressão constante de 5 atm. Calcule Q, W, ∆E e ∆H Solução: Como o processo é isotérmico , a temperatura permanece constante ,temos ∆E = 0 e ∆H = 0 Q = W = - 20000J Tópicos relacionados Questões resolvidas de vestibulares sobre Calorimetria Questões resolvidas de vestibulares sobre Dilatação térmica FONTES: http://www.mscabral.pro.br/ http://www.sofisica.com.br/ http://www.fisicaevestibular.com.br Segunda lei da Termodinâmica 01-(UFRS-RS) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de 02-(PUC-RJ) Uma máquina de Carnot é operada entre duas fontes, cujas temperaturas são, respectivamente, 100o C e 0o C. Admitindo-se que a máquina receba da fonte quente uma quantidade de calor igual a 1.000 cal por ciclo, pede-se: a) o rendimento térmico da máquina b) a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria 03-(EMC-RJ) O rendimento de uma certa máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria atmosfera a 27o C. Calcule a temperatura da fonte quente.
  • 22. 04-(FGV-SP) Sendo 27o C a temperatura da água do mar na superfície e de 2o C em águas profundas, qual seria o rendimento teórico de uma máquina térmica que aproveitasse a energia correspondente? 05-(UFAL-AL) Analise as proposições a seguir: ( ) Máquina térmica é um sistema que realiza transformação cíclica: depois de sofrer uma série de transformações ela retorna ao estado inicial. ( ) É impossível construir uma máquina térmica que transforme integralmente calor em trabalho. ( ) O calor é uma forma de energia que se transfere espontaneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura. ( ) É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas. ( ) Quando um gás recebe 400 J de calor e realiza um trabalho de 250 J, sua energia interna sofre um aumento de 150 J. 06-(CEFET-PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.” Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que: a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%; b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente; c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;
  • 23. d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria; e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho. 07-(UFPEL-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento desta máquina, em percentual, é de: 08-(UFSC-SC) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) a respeito do ciclo de Carnot: (01) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica. (02) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes. (04) Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho. (08) O rendimento da máquina de Carnot depende apenas das temperaturas da fonte quente e da fonte fria. (16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas. 09- (UFSC-SC) O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte
  • 24. quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas). Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal. (02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%. (04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. (08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente. (16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.
  • 25. 10-(UFF-RJ) O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo combustível é um gás. Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q1) de uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q2) para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q1. Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, realiza um trabalho de 3,0.104 J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa indústria. Em relação a essa máquina, conclui-se que os valores de Q1, de Q2 e da variação da energia interna do gás são, respectivamente: a) 1,8.104 J ; 5,0.104 J ; 3,2.104 J b) 3,0.104 J ; zero ; zero c) 3,0.104 J ; zero ; 3,0.104 J d) 5,0.104 J ; 2,0.104 J ;zero e) 5,0.104 J ; 2,0.104 J ; 3,0.104 J
  • 26. 11-(PUCCAMP-SP) O esquema a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Os valores de T1 e Q2 não foram indicados mas deverão ser calculado s durante a solução desta questão. Considera ndo os dados indicados no esquema, se essa máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T1, da fonte quente, seria, em Kelvins, igual a a) 375 b) 400 c) 525 d) 1200 e) 1500 12-(ENEM-MEC) A refrigeração e o congelamento de alimentos são responsáveis por uma parte significativa do consumo de energia elétrica numa residência típica. Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser tomados alguns cuidados operacionais: I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do quente para cima.
  • 27. II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de calor no congelador III. Limpar o radiador (“grade” na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e o poeira que nele se depositam não reduzam a transferência de calor para o ambiente. Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas, a) a operação I b) a operação II. c) as operações I e II. d) as operações I e III. e) as operações II e III. 13-(UEL-PR) O reator utilizado na usina nuclear de Angra dos Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O reator utilizado na Usina Nuclear de Angra dos Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O sistema PWR é constituído de três circuitos: o primário, o secundário e o de água de refrigeração. No primeiro, a água é forçada a passar pelo núcleo do reator a pressões elevadas, 135 atm, e à temperatura de 320o C. Devido à alta pressão, a água não entra em ebulição e, ao sair do núcleo do reator, passa por um segundo estágio, constituído por um sistema de troca de calor, onde se produz vapor de água que vai acionar a turbina que transfere movimento ao gerador de eletricidade. Na figura estão indicados os vários circuitos do sistema PWR.
  • 28. Considerando as trocas de calor que ocorrem em uma usina nuclear como Angra II, é correto afirmar: a) O calor removido do núcleo do reator é utilizado integralmente para produzir trabalho na turbina. b) O calor do sistema de refrigeração é transferido ao núcleo do reator através do trabalho realizado pela turbina. c) Todo o calor fornecido pelo núcleo do reator é transformado em trabalho na turbina e, por isso, o reator nuclear tem eficiência total. d) O calor do sistema de refrigeração é transferido na forma de calor ao núcleo do reator e na forma de trabalho à turbina. e) Uma parte do calor fornecido pelo núcleo do reator realiza trabalho na turbina, e outra parte é cedida ao sistema de refrigeração. 14-(UFAM-AM) Um inventor diz ter desenvolvido uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas, quente e fria, com temperaturas de 500K e 250K, respectivamente, consegue, em cada ciclo, realizar uma quantidade de trabalho equivalente a 75% do calor absorvido da fonte quente, rejeitando 25% da energia gerada por essa fonte. De acordo com as leis da
  • 29. termodinâmica, é possível que o inventor tenha realmente desenvolvido tal máquina? a) Não é possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento maior que o rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes. b) Não é possível, uma vez que o rendimento da máquina é 100%. c) É possível, uma vez que não violaria a Primeira Lei da Termodinâmica. d) Não é possível, uma vez que violaria a Primeira Lei da Termodinâmica. e) É possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes. 15-(UEG-GO) Os motores usados em veículos são normalmente de combustão interna e de quatro tempos. A finalidade dos motores é transformar a energia térmica do combustível em trabalho. De modo geral, eles são constituídos de várias peças, entre elas: as válvulas, que controlam a entrada e a saída do fluido combustível, a vela, onde se dá a faísca que provoca a explosão, o virabrequim (árvore de manivelas), que movimenta o motor, e os êmbolos, que são acoplados a ele. No tempo 1, ocorre a admissão do combustível, a mistura de ar e vapor de álcool ou gasolina, produzida no carburador: o virabrequim faz o êmbolo descer, enquanto a válvula de admissão se abre, reduzindo a pressão interna e possibilitando a entrada de combustível à pressão atmosférica. No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente. No tempo 3, ocorre a explosão: no ponto em que a compressão é máxima, produz-se, nos terminais da vela, uma faísca elétrica que provoca a explosão do combustível e seu aumento de temperatura; a explosão empurra o êmbolo para
  • 30. baixo, ainda com as válvulas fechadas. No tempo 4, ocorre exaustão ou descarga: o êmbolo sobe novamente, a válvula de exaustão abre-se, expulsando os gases queimados na explosão e reiniciando o ciclo. De acordo com o texto e com a termodinâmica, é CORRETO afirmar: a) No tempo 1, o processo é isovolumétrico. b) No tempo 2, o processo é adiabático. c) No tempo 3, o processo é isobárico. d) No tempo 4, o processo é isotérmico. e) Um ciclo completo no motor de 4 tempos é realizado após uma volta completa da árvore de manivelas. 16-(ACAFE) Uma máquina térmica, operando segundo um Ciclo de Carnot, trabalha entre as temperaturas TQ = 400 K (fontequente)e TF = X K (fonte fria). O rendimento dessa máquina será de 100%, somente se X for igual a: a) 273 b) 400
  • 31. c) 100 d) 0 e) 373 17-(UFMT-MT) Sobre o estudo da termologia, analise as afirmativas: I. A temperatura é a medida do calor de um corpo. II. A eficiência de uma máquina térmica que trabalha segundo o ciclo de Carnot independe da energia interna da substância de operação. III. Um gás ideal em expansão adiabática diminui sua energia interna. IV. O aumento da temperatura de um gás ideal só é possível se houver um fluxo de calor para o seu interior. Estão corretas as afirmativas: a) I, II e IV, apenas b) II e IV, apenas c) III e IV, apenas d) II e III, apenas e) I, II, III e IV
  • 32. 18-(UEG-GO) O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de transformações, mais precisamente de duas transformações isotérmicas (THpara a fonte quente e TCpara a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim, o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a temperatura da fonte quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot operando sobre fontes térmicas de TH= 800 K e TC= 400 K. Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J de calor, responda: a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e adiabáticas? b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot. c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor? 19-(UFC-CE) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de temperatura baixa (T2) é dada pela expressão η = 1 – (T2/T1), em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta ou de Kelvin. Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência η = 30%. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a: a) 40% b) 45% c) 50% d) 60% e) 65%
  • 33. 20-(PUC-MG) A palavra ciclo tem vários significados na linguagem cotidiana. Existem ciclos na economia, na literatura, na história e, em geral, com significados amplos, pois se referem a tendências, épocas, etc. Em termodinâmica, a palavra ciclo tem um significado preciso: é uma série de transformações sucessivas que recolocam o sistema de volta ao seu estado inicial com realização de trabalho positivo ou negativo e a troca de calor com a vizinhança. Assim, por exemplo, os motores automotivos foram bem compreendidos a partir das descrições de seus ciclos termodinâmicos. Considere o quadro a seguir onde são apresentadas três máquinas térmicas operando em ciclos entre fontes de calor nas temperatu ras 300K e 500K. Q e W são, respectiv amente, o calor trocado e o trabalho realizado em cada ciclo. De acordo com a termodinâmica, é possível construir: a) as máquinas A, B e C. b) a máquina B apenas. c) a máquina C apenas. d) a máquina A apenas.
  • 34. 21-(UFSCAR-SP) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica; James Watt introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos! (C. Alencar, L. C. Ramalho e M. V. T. Ribeiro, “História da Sociedade Brasileira”.) As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre estas máquinas, considere as três afirmações seguintes: I. Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte fria parte do calor retirado da fonte quente. II. No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante. III. Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente. É correto o contido apenas em 22-(UFV-MG) De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a entropia do Universo: a) não pode ser criada nem destruída. b) acabará transformada em energia. c) tende a aumentar com o tempo. d) tende a diminuir com o tempo. e) permanece sempre constante.
  • 35. 23-(UFBA-BA) Com base nos conhecimentos sobre Termodinâmica, é correto afirmar: 01) Quando um gás ideal é comprimido rapidamente, a energia interna do gás aumenta. 02) O ciclo de Carnot é composto por transformações isométricas e isobáricas. 04) O rendimento de uma máquina térmica depende exclusivamente da temperatura da fonte quente. 08) No refrigerador o gás refrigerante remove calor da fonte fria, evaporando-se, e transfere calor à fonte quente, condensando-se. 16) Admitindo-se o Universo como sistema físico isolado, a entropia do Universo sempre aumenta. Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas. 24- (UFSCAR-SP) Maxwell, notável físico escocês da segunda metade do século XIX, inconformado com a possibilidade da morte térmica do Universo, conseqüência inevitável da segunda lei da Termodinâmica, criou o “demônio de Maxwell”, um ser hipotético capaz de violar essa lei. Essa fictícia criatura poderia selecionar as moléculas de um gás que transitassem entre dois compartimentos controlando a abertura que os divide, como ilustra a figura. Por causa dessa manipulação diabólica, as moléculas mais velozes passariam para um compartimento, enquanto as mais lentas passariam para o outro. Se isso fosse possível: a. esse sistema nunca entraria em equilíbrio térmico.
  • 36. b. esse sistema estaria em equilíbrio térmico permanente. c. o princípio da conservação da energia seria violado. d. não haveria troca de calor entre os dois compartimentos. e. haveria troca de calor, mas não haveria troca de energia. 25-(Olimpíada Brasileira de Física) Uma lâmpada é embalada numa caixa fechada e isolada termica mente. Conside re que no interior da lâmpada há vácuo e que o ar dentro da caixa seja um gás ideal. Em certo instante, a lâmpada se quebra. Se desprezarmos o volume e a massa dos componentes da lâmpada (vidro, suporte, filamento, …) e a variação de energia associada à sua quebra, é incorreto afirmar que: a) a energia interna do gás permanecerá a mesma após a quebra da lâmpada. b) a entropia do gás aumentará após a quebra da lâmpada. c) a temperatura do gás permanecerá a mesma após a quebra da lâmpada. d) a pressão do gás diminuirá após a quebra da lâmpada. e) após a quebra da lâmpada, o gás realizará um trabalho positivo para se expandir e ocupar o volume onde anteriormente havia vácuo. 26-(Olimpíada Brasileira de Física) Assinale a seguir a alternativa que não é compatível com a segunda lei da Termodinâmica.
  • 37. a) A variação de entropia de qualquer sistema que sofre uma transformação termodinâmica é sempre positiva ou nula. b) A temperatura de zero absoluto é inatingível. c) Um refrigerador com a porta aberta jamais conseguirá por si só esfriar uma cozinha fechada. d) Nem todo calor produzido no motor a combustão de um automóvel é convertido em trabalho mecânico. e) O ar de uma sala de aula jamais se concentrará completa e espontaneamente em uma pequena fração do volume disponível. 27-(UFRN-RN) Observe atentamente o processo físico representado na sequência de figuras a seguir. Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3. Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a ordem do sistema é a) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui. b) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema aumentou. c) menor que no início e, portanto, o processo representado é reversível.
  • 38. d) menor que no início e, portanto, o processo representado é irreversível. 28-(UNICAMP-SP) Vários textos da coletânea apresentada enfatizam a crescente importância das fontes renováveis de energia. No Brasil, o álcool tem sido largamente empregado em substituição à gasolina. Uma das diferenças entre os motores a álcool e à gasolina é o valor da razão de compressão da mistura ar-combustível. O diagrama a seguir representa o ciclo de combustão de um cilindro de motor a álcool. Durante a compressão (trecho if) o volume da mistura é reduzido de Vi para Vf. A razão de compressão r é definida como r = Vi/Vf. Valores típicos de r para motores a gasolina e a álcool são, respectivamente, r(g) = 9 e r(a) = 11. A eficiência termodinâmica E de um motor é a razão entre o trabalho realizado num ciclo completo e o calor produzido na combustão. A eficiência termodinâmica é função da razão de compressão e é dada por: E ≈1-1/√r. a) Quais são as eficiências termodinâmicas dos motores a álcool e à gasolina? b) A pressão P, o volume V e a temperatura absoluta T de um gás ideal satisfazem a relação (PV)/T = constante. Encontre a temperatura da mistura ar-álcool após a compressão (ponto f do diagrama). Considere a mistura como um gás ideal. Dados: √7≈8/3; √9=3; √11≈10/3; √13≈18/5
  • 39. 29-(UFMS-MS) Um refrigerador é uma máquina termodinâmica que pode ser representada pelo diagrama a seguir. Quando o refrigerador está em pleno regime de funcionamento, Q2representa o calor que é retirado do congelador, enquanto Q1 representa o calor que é expelido para o ambiente externo, e W é o trabalho realizado sobre essa máquina termodinâmica através de um motor/compressor. A eficiência de refrigeradores é definida como a razão entre o calor Q2 e o trabalho W, isto é, e = Q2 / W, tendo valores situados entre 5 e 7. Alguns refrigeradores possuem, no interior do congelador, uma lâmpada L para iluminação, que desliga automaticamente quando se fecha a porta do congelador. Considere um refrigerador com eficiência e constante igual a 5 (cinco), quando em pleno funcionamento, que a lâmpada L, no interior do congelador, possui potência igual a 15 watts, e que toda a sua potência elétrica consumida (15 W), quando está ligada, é convertida em calor. Considere que todos os isolamentos térmicos do refrigerador sejam perfeitos. Com fundamentos na termodinâmica e na eletrodinâmica, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S). (01) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, a taxa de calor retirada do congelador, é cinco vezes maior que a taxa de energia elétrica consumida pelo motor. (02) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, a taxa de calor, expelida para o ambiente, é menor que a taxa de calor retirada do congelador. (04) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, e se a lâmpada L estiver ligada, para a temperatura do congelador permanecer invariável, a potência elétrica consumida pelo refrigerador será acrescida de um valor maior que 15 W. (08) Se, desde que ligarmos um refrigerador, deixarmos a porta dele aberta, no interior de uma sala isolada termicamente, a temperatura interna da sala diminuirá enquanto o refrigerador estiver ligado.
  • 40. (16) Não existe um refrigerador que, em pleno funcionamento, retire calor do congelador, expelindo-o para um ambiente que esteja a uma maior temperatura, sem consumir energia. Em uma transformação isotérmica, mantida a 127°C, o volume de certa quantidade de gás, inicialmente sob pressão de 2,0 atm, passa de 10 para 20 litros. Considere a constante dos gases R, igual a 0,082 atm.R/mol . K. 30-(PUC-MG) A respeito do que faz um refrigerador, pode-se dizer que: a) produz frio. b) anula o calor. c) converte calor em frio. d) remove calor de uma região e o transfere a outra. 31-(UNICAMP-SP) Com a instalação do gasoduto Brasil-Bolívia, a quota de participação do gás natural na geração de energia elétrica no Brasil será significativamente ampliada. Ao se queimar 1,0kg de gás natural obtém-se 5,0.107 J de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7.200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1.227°C. O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5.000 l/s, cujas águas estão inicialmente a 27°C. A maior eficiência teórica da conversão de calor em trabalho é dada por n = 1 – (Tmin/Tmáx), sendo T(min) e T(max) as temperaturas absolutas das fontes quente e fria respectivamente, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor específico da água c = 4.000 J/kg°C.
  • 41. a) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica. b) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina. 32-(UEL-PR) “Nossa! Carro movido a frango? Como é possível? Empresas de abate de frango estão criando uma tecnologia para produzir biocombustível a partir de gordura animal retirada das carcaças dos frangos. A produção do biodiesel também gera resíduos, como a glicerina, que é reaproveitada, colocando-a na caldeira da fábrica de subprodutos para queimar juntamente com a lenha. O biodiesel é obtido a partir de gorduras e álcool e essa reação de transesterificação é favorecida na presença de substâncias alcalinas. Um exemplo do processo de transesterificação é representado pela equação química não balanceada a seguir.
  • 42. Dados: massas molares (g/mol): H = 1,00; C = 12,0; O = 16,0. Considerar lenha como celulose, cuja fórmula empírica é (C6H10O5)n. O rendimento ou eficiência de uma máquina térmica ideal é calculado por meio da equação: η = (Tquente – Tfrio)/Tquente. Onde Tquente e Tfria representam as temperaturas mais alta (combustão) e mais baixa (próxima à temperatura ambiente) de um motor térmico em um ciclo fechado e são expressas em unidades Kelvin. Em relação a um motor preparado para usar tanto o óleo diesel convencional quanto o óleo diesel feito com gordura de frango (biodiesel) conforme se lê no texto, considere as afirmativas. I – A temperatura mais alta a que está submetido o motor será igual à da fervura da gordura de frango, que é muito menor do que a temperatura do óleo diesel convencional e, portanto, com um rendimento maior. II – A equação apresentada descreve o rendimento de uma máquina ideal, podendo ser utilizada para analisar o rendimento de máquinas reais. III – O rendimento de um motor independe do tipo de combustível usado; depende apenas das temperaturas mais alta e mais baixa a que está submetido. IV – O rendimento de qualquer máquina térmica, que pode ser calculado pela equação apresentada no enunciado, é inferior a 100%.
  • 43. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente as afirmativas I e III são corretas. b) Somente as afirmativas II e IV são corretas. c) Somente as afirmativas II e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 33-(PUC-SP) Um automóvel com motor 1.0 (volume de 1,0 litro), conhecido pelo seu menor consumo de combustível, operacom pressão média de 8 atm e 3300 rpm (rotações por minuto), quando movido a gasolina. O rendimento desse motor, que consome, nestas condições, 4,0 g/s (gramas por segundo) de combustível, é de aproximadamente a) 18% b) 21% c) 25% d) 27% e) 30%
  • 44. 34-(UEL-PR) A conservação de alimentos pelo frio é uma das técnicas mais utilizadas no dia a dia, podendo ocorrer pelos processos de refrigeração ou de congelamento, conforme o tipo de alimento e o tempo de conservação desejado. Sobre os refrigeradores, considere as afirmativas. I – O refrigerador é uma máquina que transfere calor. II – O funcionamento do refrigerador envolve os ciclos de evaporação e de condensação do gás refrigerante. III – O gás refrigerante é uma substância com baixo calor latente de vaporização. IV – O processo de refrigeração realiza trabalho ao retirar calor da fonte fria e transferi-lo para a fonte quente. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e III são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 35-(UEL-PR) Leia o texto a seguir.
  • 45. “Por trás de toda cerveja gelada, há sempre um bom freezer. E por trás de todo bom freezer, há sempre um bom compressor – a peça mais importante para que qualquer sistema de refrigeração funcione bem. Popularmente conhecido como ‘motor’, o compressor hermético é considerado a alma de um sistema de refrigeração. A fabricação desses aparelhos requer tecnologia de ponta, e o Brasil é destaque mundial nesse segmento”. (KUGLER, H. Eficiência gelada. “Ciência Hoje”. v. 42, n. 252. set. 2008. p. 46.) Assinale a alternativa que representa corretamente o diagrama de fluxo do refrigerador. 36-(UEPG-GO) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas.
  • 46. 02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula. 37-(ITA-SP) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado no diagrama T-S da figura. Pode-se afirmar que a) processo JK corresponde a uma compressão isotérmica. b) o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T2 – T1)(S2 – S1). c) o rendimento da maquina é dado por η= 1 – T2/T1. d) durante o processo LM, uma quantidade de calor QLM = T1(S2 – S1) é absorvida pelo sistema. e) outra máquina térmica que opere entre T2 e T1 poderia eventualmente possuir um rendimento maior que a desta. 38-(PUC-RS) Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T2/T1 das temperaturas em que opera a máquina.
  • 47. O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T1 e T2, com T1 maior do que T2 obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T1. Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T2/T1 diminu i, a) alcançando 100% quando T2 vale 0ºC. b) alcançando 100% quando T1é muito maior do que T2. c) alcançando 100% quando a diferença entre T1 e T2 é muito pequena. d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. e) mas nunca alcança 100%. 39-(UFAL) A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo automóvel retira 40 kJ do compartimento da fonte quente, onde se dá a queima do combustível, e realiza 10 kJ de trabalho. Sabendo que parte do calor retirado da fonte quente é dispensado para o ambiente (fonte fria) a uma temperatura de 27 ºC, qual seria a temperatura no compartimento da fonte quente se esse motor operasse segundo o ciclo de Carnot? Dado: considere que as temperaturas em graus
  • 48. centígrados, TC, e Kelvin, TK, se relacionam através da expressão TC = TK − 273. a) 127 ºC b) 177 ºC c) 227 ºC d) 277 ºC e) 377 ºC 40-(UEPG-PR) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto. 01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula.
  • 49. 41-(CEFET-MG) Um processo cíclico de Carnot possui um rendimento de 50%. Uma máquina real, que opera sob as mesmas condições térmicas desse ciclo, apresentará um rendimento térmico r, tal que a) r 50%. b) r = 50%. c) r > 50%. d) r < 50%. 42-(UFU-MG) Em relação à Primeira e à Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar que: a) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei
  • 50. da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica não é violada porque o sistema não está isolado. b) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e pode- se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada, uma vez que esse é um sistema isolado. c) Na expansão adiabática de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e, considerando que esse não é um sistema isolado, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada. d) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a primeira lei da termodinâmica não é violada, porque o sistema não está isolado. 43-(UFBA-BA) Praticamente todos os veículos automotivos são movidos por alguma versão de motor de combustão interna de quatro tempos, patenteado por Nikolaus Otto em 1876. O motor de quatro tempos
  • 51. comprime uma mistura de ar-combustível que explode na presença de uma faísca, criando uma fonte de calor intensa, mas transitória. Embora a busca por combustíveis mais eficientes e menos agressivos ao meio ambiente tenha se intensificado desde o final do século passado, a combustão de uma mistura ar-vapor de gasolina ainda é a reação mais utilizada para mover os veículos em todo o mundo. (MOYERR, 2009, p. 78). Uma análise de aspectos envolvidos no funcionamento de motores de quatro tempos permite afirmar: 01) O motor de combustão interna de quatro tempos opera segundo o ciclo de Carnot, no qual um fluido de trabalho sofre duas transformações adiabáticas alternadas de duas transformações isotérmicas, proporcionando rendimento máximo igual a um. 02) O conteúdo energético dos reagentes é maior do que o dos produtos, nas reações que ocorrem nas câmaras de combustão dos motores. 04) A combinação de força e velocidade, obtida por meio de engrenagens nos carros movidos a gasolina, independe da potência do carro. 08) O calor de combustão da reação que ocorre nos motores é fornecido pela faísca elétrica que provoca a explosão da mistura combustível. 16) A queima de combustíveis derivados do petróleo libera energia, que é proveniente da biomassa construída em processos energéticos e preservada ao longo do tempo geológico.
  • 52. 32) A interferência do motor de combustão interna na estabilidade do clima decorre do efeito destrutivo dos gases liberados sobre a camada de ozônio. 64) A energia liberada na combustão total de gás metano, um substituto da gasolina, em um motor, é maior do que 520kJ/mol, se observadas as informações expressas na equação termoquímica 44-(UFBA-BA) A tecnologia é o eixo comum que perpassa todas as dimensões. Em um mundo que, a cada dia, nos confunde mais, onde é difícil se dizer o que é real, o que é ficção ou o que é virtual, fica muito mais complexo definirmos um conceito para esclarecê-la de forma objetiva. (MARTINS, 2010). A aplicação tecnológica de uma descoberta científica pode levar muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta da penicilina decorreram quase 30 anos; da energia nuclear, 26 anos; da cópia Xerox, 15 anos. (FELTRE, 2004, p. 67). Considerando-se que a vida em uma sociedade tecnológica condiciona o ser humano a ampliar os limites das ciências na busca de um espaço comum, a análise da construção do conhecimento científico e sua aplicação às diversas atividades humanas permite afirmar: 01) A elaboração de uma teoria é um processo dinâmico que envolve novos conhecimentos construídos ao longo da História, como se configura no neodarwinismo. 02) A constatação de que “mantendo-se a temperatura absoluta constante, os volumes dos gases são inversamente
  • 53. proporcionais às pressões que suportam” resume a Teoria Geral dos Gases. 04) Os hiatos entre as descobertas científicas e suas aplicações são causados pela falta de comunicação entre os componentes da comunidade científica. 08) A máquina a vapor que impulsionou a Revolução Industrial está alicerçada na segunda lei da termodinâmica, porque possibilita a transformação integral de calor em trabalho útil. 16) As fibras ópticas utilizadas na medicina apresentam a razão entre o índice de refração do núcleo e o índice de refração do revestimento maior que um, o que possibilita o transporte de informações. 32) Pasteur, ao manter estéril os líquidos contidos nos famosos frascos de pescoço de cisne — em experimento clássico sobre biogênese —, contribuiu para o desenvolvimento de técnicas para a conservação de alimentos. 45-(ITA-SP) A inversão temporal de qual dos processos abaixo NÃO violaria a segunda lei de termodinâmica? a) A queda de um objeto de uma altura Η e subsequente parada no chão. b) O movimento de um satélite ao redor da Terra. c) A freada brusca de um carro em alta velocidade. d) O esfriamento de um objeto quente num banho de água fria. e) A troca de matéria entre as duas estrelas de um sistema binário.
  • 54. 46- (UFG-GO) A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera uma faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa. Considere que a faísca seja suficientemente rápida, de modo que o movimento do pistão possa ser desprezado. A faísca e a liberação dos gases pelo escapamento ocorrem, respectivamente, nos pontos (A) A e C. (B) B e A. (C) D e A. (D) D e B. (E) O e C. 47-(AFA)
  • 55. Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica, analise as proposições a seguir. I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia mecânica em energia térmica com conseqüente realização de trabalho. II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por Clausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um agente externo como é o caso do refrigerador. III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte quente. IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas. São corretas apenas a) I e II b) II e III c) I, III e IV d) II e IV 48-(ENEM-MEC) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a
  • 56. energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma. CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado). De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a: a) liberação de calor dentro do motor ser impossível. b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. Segunda Lei da Termodinâmica 01- η=1 – 36/45 — η= 1 – 0,8 — η=0,2=20% 02- a) η = 1 – T1/T= 1 – (0 + 273)/(100 + 273) — η = 1 – 273/373=(373 – 273)/373 — η =0,268 ou η = 26,8% b) η = 1 – Q1/Q — 0,268= 1 – Q1/1.000 — Q1=732cal 03- η = 1 – T1/T — 0,25= 1 – (27 + 273)/T — 0,75=300/T — T=300/0,75 — T=400K=127o C
  • 57. 04- η = 1- 275/300 — η = 25/300 — η = 0,08 — η = 8% 05- R- V V V V V — veja teoria 06- R- D — veja teoria 07- η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500 — η=1 – 0,4=0,6 — R- E 08- (01) Falsa — veja teoria (02) Correta — veja teoria (04) Falsa — veja teoria (08) Verdadeira — o rendimento da máquina de Carnot é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar. (16) Verdadeira — veja teoria R- (02+08+16) = 26 09- 01. Falsa — o ciclo de Carnot indica um rendimento máximo, mas menor que 100%. 02. Verdadeira — η= 1 – (273 + 7)/(273 + 37)= 1 – 0,9 — η=90% — 20%<η 04. Verdadeira — a água apresenta densidade máxima a 4o C. 08. Verdadeira — veja teoria. 16. Falsa — não viola o princípio da conservação da energia. R- (02 + 04 + 08)=14 10- W=Q1 – │Q2│=3,0.104 J — η = W/Q1 — 0,6=3,0.104 /Q1 — Q1=5,0.104 J — Q1– │Q2│=3,0.104 J — 5,0.104 – │Q2│= 3,0.104 — │Q2│= 2,0.104 J — primeira lei da termodinâmica — ΔQ=W — ΔU=ΔQ – W — ΔU=3,0.104 – 3,0.104 — ΔU=0 — R- D 11- W= Q1 – Q2 — 800=4.000 – Q2 — Q2=3.200J — η = 1 – Q2/Q1 — η = 1 – 3.200/4.000 — η = 1,0 – 0,8 — η = 0,2 —
  • 58. η = 1 – T2/T1 — 0,2= 1 – 300/T1 — T1=300/0,8 — T1= 375K — R- A 12- I. Correta — os espaços vazios entre as prateleiras facilitam as correntes de convecção. II. Falsa — a massa de gelo corresponde a um isolante térmico evitando que o congelador retire calor do interior da geladeira. III. Correta — o calor retirado do interior da geladeira deve sair pela “grade”. R- D 13- R- E — veja teoria 14- Com T1=500K e T2=250K, o rendimento máximo dessa máquina valeria — η = 1 – T2/T1=1 – 250/500 — η = 0,5 — se o trabalho produzido por essa máquina fosse W=0,75Q1 e o calor rejeitado fosse Q2=0,25Q1, o rendimento dessa máquina seria — η = Q1 – Q2/Q1 — η = W/Q1=0,75Q1/Q1 — η =0,75 — esse rendimento é impossível, pois é maior que o rendimento de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas fontes — R- A 15- No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente — observe que como a compressão é muito rápida, não ocorre trocas de calor com o meio, portanto o processo é adiabático — R- B 16- η = 1 – X/400 — 1= 1 – X/400 — 0=T/400 — T=0K — R- D — Observação — para o rendimento ser de 100% a temperatura da fonte fria deveria ser a temperatura absoluta 0K (- 273o C), o que, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica não pode ocorrer — veja teoria de entropia. 17- I. Falsa — temperatura é um número associado ao nível de vibração das moléculas. II. Verdadeira — veja teoria III. Verdadeira — adiabática — Q=0 — ΔU=Q – W — ΔU= 0 – W — ΔU=-W — observe que numa expansão — W>0 e, consequentemente ΔU<0.
  • 59. IV. Falsa — você pode comprimi-lo isotermicamente que sua temperatura aumenta. R- D 18- a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura constante — Transformação adiabática: ocorre sem quem haja trocas de calor b) η=1 – 400/800=1 – ½ — η=0,5=50% c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa porcentagem é transformada em trabalho — W=500J 19- η=30/100=0,3 — η = 1 – T2/T1 — 0,3= 1 – T2/T1 — T1=T2/0,7 — T’=2T1 — T’=2T2/0,7 — T’=T2/0,35 — η’=1 – T2/T1 — η’= 1 – T2/(T2/0,35) — η’=1 – 0,35 — η’=0,65 — R- E 20- Cálculo do máximo rendimento dessa máquina — η = 1 – 300/500 — η=1,0 – 0,6 — η = 0,4=40% — nenhuma das máquinas pode ter rendimento superior a 0,4 — A — η =10.000/10.000 — η=1 (não pode, superior a 0,4) — B — η=6.000/12.000 — η=0,5 (não pode, superior a 0,4) — C — η=3.000/8.000 — η=0,375 — (pode, inferior a 0,4) — R- C 21- I. Verdadeira — veja teoria II. Falsa — como no decorrer do ciclo a temperatura varia, energia interna também variará III. Falsa — é impossível transformar todo calor recebido em trabalho R- A 22- R- C — veja teoria 23- 01. Correta — compressão rápida é adiabática (não troca calor com o ambiente) — Q=0 — ΔU=Q – W — ΔU= -W — na compressão o volume diminui e o W é negativo — ΔU= – (-W) — ΔU > 0. 02. Falsa — duas isotérmicas e duas adiabáticas. 04. Falsa — depende também da temperatura da fonte fria.
  • 60. 08. Correta — veja teoria 16. Correta — veja teoria R- (01 + 08 + 16)=25 24- Temperatura está associada ao numero que mede o movimento oscilatório das moléculas — no compartimento das mais velozes, a temperatura é maior e no das mais lentas, a temperatura é maior — R- A 25- R- E — sempre que o gás se expande, seu volume ao aumentar, produz trabalho positivo. 26- R- A — O Segundo Princípio da Termodinâmica que um sistema isolado tende a evoluir no sentido de aumentar a entropia. 27- Como a entropia refere-se à desordem do sistema, a entropia diminui — R- A 28- a) Utilizando a equação — Ea≈1 – 1/√ra — Ea=1 – 1/√11=1 – 1/(10/3) — Ea=1 – 3/10 — Ea=0,7=70% — Eg≈1 – 1/√rg — Eg=1 – 1/√9=1 – 1/3 — Eg=2/3 — Eg=0,67=67% b) PfVf/Tf= PiVi/Ti — 30.36/Tf=1.400/300 — Tf=810K 29- R- (01 + 04 + 16) = 21 30- R- D — veja teoria 31-
  • 61. 32- I. Falsa — A maior temperatura obtida por uma máquina (motor) térmica é a da combustão, que é a temperatura onde acontece a reação química do carboidrato com o oxigênio do ar, resultando em gás carbônico e água, sem relação nenhuma com a temperatura de fervura. II. Correta — esta equação é a que fornece o rendimento de uma máquina térmica ideal e pode ser utilizada para análise de rendimento de máquinas reais. III. Correta — Carnot — “O rendimento de uma máquina térmica não depende do tipo de combustível utilizado, dependendo apenas da temperatura da fonte quente (mais alta) e da fonte fria (mais baixa)” IV. Correta — Não existe máquina térmica com rendimento de 100%, que consiga transformar integralmente calor em trabalho. R- E
  • 62. 33- R- C 34- I. Correta — O refrigerador é uma máquina térmica que transfere calor da fonte fria para a fonte quente. II. Correta — O refrigerador é uma máquina térmica que usa um líquido refrigerante com processos de condensação e vaporização. III. Falsa — quanto maior o calor latente de vaporização do líquido refrigerante, menor é o trabalho realizado pelo refrigerador. IV. Correta — O processo de refrigeração realiza trabalho por meio de um compressor que mantém a circulação do fluido refrigerante, retirando calor da fonte fria e transferindo-o para a fonte quente. R- D 35- Em um sistema de refrigeração, como uma geladeira ou ar- condicionado, o trabalho é recebido para que o calor oriundo da fonte fria seja transferido para a fonte quente — R- D 36- (01) Correta. (02) Correta.
  • 63. (04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar integralmente calor em trabalho. (08) Correta. (16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27 37- No ciclo temos as seguintes transformações: JK — expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema recebe calor e realiza trabalho; KL — resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar a entropia, logo não há troca de calor; LM — compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema perde calor e recebe trabalho; MJ — aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem variar a entropia — observe que se trata de um ciclo de Carnot, com rendimento — η=1 – T1/T2 — Calculo do trabalho realizado no ciclo, lembrando que a variação da entropia é — ΔS=Q/T, onde Q é o calor trocado na transformação — a transformação JK é isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula — da 1ª lei da termodinâmica ( ) — 0 = QJK – WJK — WJK = QJK. (equação 1) — DSJK= QJK/T2 — QJK=(SJ – SK).T2 — QJK = (S2 – S1)T2 — substituindo nessa expressão a equação (1) — WJK = (S2 – S1)T2 — seguindo esse mesmo raciocínio para a transformação LM, que também é isotérmica, mas com compressão — WLM = (S1 – S2)T1 Þ WLM = –(S2 – S1)T1 — nas transformações KL e MJ o sistema não troca calor — novamente, pela 1ª lei da termodinâmica — DUKL = – WKL e DUMJ = –WMJ — como DUMJ = – DUKL Þ WMJ = – WKL — o trabalho no ciclo é o somatório desses trabalhos — Wciclo = WJK + WKL + WLM + WMJ — Wciclo = (S2 – S1)T2 + WKL – (S2 – S1)T1 – WKL — Wciclo = (S2 – S1)T2 – (S2 – S1)T1 — Wciclo = (S2 – S1) (T2 – T1). R- B 38- A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em ciclos entre uma fonte quente, à
  • 64. temperatura T1, e uma fonte fria, à temperatura T2, consegue transformar integralmente calor em trabalho. Portanto o rendimento nunca pode chegar a 100%, sendo no máximo, igual ao da máquina de Carnot — de fato, analisando o gráfico, vemos que o rendimento seria igual a 100% quando a razão T2/T1 fosse nula, ou seja — T2/T1=0 — T2=0 — a fonte fria teria que estar a 0 K, o que é um absurdo — portanto o rendimento r é sempre menor que 100%. R- E 39- Dados: T1 = 27 °C = 300 K; Q1 = 40 kJ; W = 10 kJ. O rendimento (h) desse motor é — η=W/Q1=10/40 — η=0,25=25% — aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot — h = 1 – — h — T1 = — T1 = K — T1 = 400 – 273 — T1 = 127 °C. R- A 40- (01) Correta. (02) Correta. (04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar integralmente calor em trabalho. (08) Correta. (16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27 41- A termodinâmica estabelece que nenhuma máquina operando em ciclos fornece rendimento maior que a máquina ideal de Carnot.Portanto, r < 50% — R- D 42- Se a expansão é isotérmica a energia interna não varia. Sendo o sistema não termicamente isolado, todo calor recebido pelo gás é transformado em trabalho — R- A
  • 65. 43- Respostas das questões de física: 01. Falsa — O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o máximo rendimento que uma máquina térmica poderia fornecer — na prática, nenhum motor opera segundo esse ciclo. 04. Falsa — a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da potência (P), pois — P = F.V 08. Falsa — o calor de combustão é fornecido pela queima do combustível — a faísca é somente para iniciar a combustão. 16. Correta. R- (02 + 16 + 64) = 82 44- 01. Resposta de Biologia. O neodarwinismo é a síntese entre a teoria darwinista (séc. XIX) e os conhecimentos de genética (séc. XX). 02. Resposta de Física — Falsa — a equação geral dos gases, afirma que, para uma amostra de gás ideal confinada num recipiente, vale a relação — PV=nRT — através dessa expressão você observa que a teoria geral dos gases ideais é assim resumida: “o produto pressão (P) x volume (V) é diretamente proporcional à temperatura absoluta (T) do gás.” — existe uma única exceção que ocorre numa transformação isotérmica onde a temperatura absoluta é constante e P.V=K e, nesse caso a pressão e o volume são inversamente proporcionais — mas trata-se apenas de um caso particular. 04. Resposta de Física — Falsa — a falta de comunicação entre os componentes da comunidade científica é apenas um dos entraves — existem outros fatores, como por exemplo, falta de investimentos nessas novas tecnologias, dificuldades técnicas na construção de equipamentos para elaboração dos produtos em escala comercial — tecnologia exige tecnologia. 08) Resposta de Física — falsa — a segunda lei da termodinâmica afirma exatamente o contrário: é impossível transformar integralmente calor em trabalho. 16. Resposta de Física — Correta — o transporte de informações através de fibras ópticas é feito por reflexão total no interior da fibra — esse fenômeno só é possível quando o
  • 66. sentido de propagação da luz é do meio mais refringente (núcleo) para o meio menos refringente (revestimento), como indicado na figura abaixo. 32. Resposta de Biologia — a conservação dos alimentos impõe a eliminação ou redução da ação de microrganismos decompositores ou patogênicos como bactérias, fungos e algas — os trabalhos de Pasteur contribuíram para o desenvolvimento de técnicas de conservação dos alimentos. R- (01 + 16 + 32) = 49. 45- A segunda lei da termodinâmica envolve a transformação de calor em trabalho — dos processos dados, o único que não envolve realização de trabalho é o movimento de um satélite em órbita, pois se trata de um sistema conservativo, já que ocorre no vácuo, não havendo atrito com o ar e consequentemente não provocando calor — assim, não há transformação de calor em trabalho ou vice-versa, não violando, portanto, a segunda lei da termodinâmica, qualquer que seja o sentido de giro do satélite. R- B 46- Observe as figuras e as explicações abaixo — o primeiro tempo refere-se à admissão, a mistura entra e o gás se expande
  • 67. isobáricamemte (trecho OA) — o segundo tempo refere-se à compressão (trecho AD) — o terceiro tempo refere-se à combustão, cujo início ocorre devido à faísca elétrica (trecho DC) — o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da qual os gases são expelidos (trecho CB) — a faísca ocorre no início do trecho DC, em C e a liberação dos gases no final do trecho CB, em B — R- D 47- I- Falsa — máquinas térmicas – qualquer dispositivo capaz de transformar a energia interna de um combustível em energia mecânica — também pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho. II. Correta — enunciado de Clausius — não é possível um processo cujo único resultado seja a transferência de calor de um corpo de menor temperatura a outro de maior temperatura — para que isso ocorra é preciso realizar trabalho — as máquinas frigoríficas não contrariam o enunciado da segunda lei da Termodinâmica, que a referida passagem não é espontânea, ocorrendo à custa de um trabalho externo. No refrigerador das geladeiras comuns existe um líquido refrigerante (freon, tetrafluoretano, etc,), que, ao sofrer expansão passa do estado líquido ao estado gasoso, que abaixa a temperatura na serpentina interna (congelador). III. Falsa — contraria o segundo princípio da termodinâmica que pode ser definido como: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”.
  • 68. IV- Correta — Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela máquina de Carnot, idealizada pelo engenheiro francês Carnot e que tem funcionamento apenas teórico — funcionando entre duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas alternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo (fonte fria) — o rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter (mas o rendimento nunca chega a 100%). R- D 48- Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho” — sempre haverá energia dissipada pelo motor — R- C