TERMODINÂMICA FÍSICA 2 REVISÃO DE FÉRIAS

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1 TERMODINÂMICA FÍSICA REVISÃO DE FÉRIAS. (Uece 06) O processo de expansão ou compressão de um gás em um curto intervalo de tempo pode representar um processo termodinâmico que se aproxima de um processo adiabático. Como exemplo, pode-se mencionar a expansão de gases de combustão em um cilindro de motor de automóvel em alta rotação. É correto afirmar que, em um processo adiabático no sistema, a) a temperatura é constante e o trabalho realizado pelo sistema é nulo. b) não há transferência de calor. c) a pressão e o volume são constantes. d) a energia interna é variável e a pressão é constante.. (Uece 05) Do ponto de vista da primeira lei da termodinâmica, o balanço de energia de um dado sistema é dado em termos de três grandezas: a) trabalho, calor e densidade. b) trabalho, calor e energia interna. c) calor, energia interna e volume. d) pressão, volume e temperatura.. (Udesc 05) Em um laboratório de física são realizados experimentos com um gás que, para fins de análises termodinâmicas, pode ser considerado um gás ideal. Da análise de um dos experimentos, em que o gás foi submetido a um processo termodinâmico, concluiu-se que todo calor fornecido ao gás foi convertido em trabalho. Assinale a alternativa que representa corretamente o processo termodinâmico realizado no experimento. a) processo isovolumétrico b) processo isotérmico c) processo isobárico d) processo adiabático e) processo composto: isobárico e isovolumétrico 4. (Fuvest 05) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A B, B C e C A, conforme o diagrama p V apresentado na figura abaixo. A respeito dessas transformações, afirmou-se o seguinte: I. O trabalho total realizado no ciclo ABCA é nulo. II. A energia interna do gás no estado C é maior que no estado A. III. Durante a transformação A B, o gás recebe calor e realiza trabalho. Está correto o que se afirma em: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III. 5. (Cefet MG 04) O trabalho realizado em um ciclo térmico fechado é igual a 00 J e, o calor envolvido nas trocas térmicas é igual a 000 J e 900 J, respectivamente, com fontes quente e fria. A partir da primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna nesse ciclo térmico, em joules, é a) 0. b) 00.

2 c) 800. d) 900. e) (Uece 05) Em um motor de carro o processo de combustão gera 00J de energia térmica. Deste valor, 00J são perdidos sob a forma de calor. Qual a eficiência desse motor? a) 00. b) 00. c) 00. d) (Upe 04) Com base nas Leis da Termodinâmica, analise as afirmativas a seguir: I. Existem algumas máquinas térmicas que, operando em ciclos, retiram energia, na forma de calor, de uma fonte, transformando-a integralmente em trabalho. II. Não existe transferência de calor de forma espontânea de um corpo de temperatura menor para outro de temperatura maior. III. Refrigeradores são dispositivos, que transferem energia na forma de calor de um sistema de menor temperatura para outro de maior temperatura. Está(ão) CORRETA(S) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas I e III. d) apenas II e III. e) I, II e III. 8. (Ita 04) Pode-se associar a segunda lei da Termodinâmica a um princípio de degradação da energia. Assinale a alternativa que melhor justifica esta associação. a) A energia se conserva sempre. b) O calor não flui espontaneamente de um corpo quente para outro frio. c) Uma máquina térmica operando em ciclo converte integralmente trabalho em calor. d) Todo sistema tende naturalmente para o estado de equilíbrio. e) É impossível converter calor totalmente em trabalho. 9. (Epcar (Afa) 0) 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 consequente 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 0. (Enem 0) Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores à combustão e reduzir suas emissões de poluentes são a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar. Disponível em: Acesso em: jul. 00 (adaptado).

3 No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado. b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal. c) o funcionamento cíclico de todo os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo. d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura. e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.. (Enem 0) 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, 009 (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.. (Ufu 06) Em um refrigerador, o fluido refrigerante passa por processos termodinâmicos que permitem que o calor seja removido de um ambiente à baixa temperatura e levado para outro de temperatura maior. Nesse processo, ora o trabalho é realizado sobre o fluido refrigerante, ora é ele que realiza trabalho sobre o meio. Esquematicamente, as etapas de tais processos são representadas a seguir. Nesse ciclo, ocorrem uma expansão adiabática e uma compressão adiabática, respectivamente, entre: a) 4 e ; e. b) 4 e ; e. e. c) e 4; d) e ; e 4.. (G - ifsul 06) Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 500 J de calor de um reservatório térmico, realiza trabalho e rejeita 40 J para um reservatório frio. Para cada ciclo, o trabalho realizado e o rendimento da máquina térmica são, respectivamente, iguais a a) 80 J e 6% b) 40 J e 8% c) 40 J e 84% d) 80 J e 84% 4. (Udesc 06) Uma máquina a vapor foi projetada para operar entre duas fontes térmicas, a fonte quente e a fonte fria, e para trabalhar segundo o ciclo de Carnot. Sabe-se que a temperatura da fonte quente é de 7 C e que

4 a máquina retira, a cada ciclo, 600 J desta fonte, alcançando um rendimento máximo igual a 0,5. realizado pela máquina, por ciclo, e a temperatura da fonte fria são, respectivamente: a) 40 J e 95 C b) 50 J e 7 C c) 5 J e 95 C d) 90 J e 7 C e) 4 J e 0 C O trabalho 5. (Puccamp 06) Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 50 J de energia mecânica e agita, por meio de pás, 00 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50 C de sua temperatura. Adote cal 4, J e cágua,0 cal g C. O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de a) 6%. b) 9%. c) 67%. d) 8%. e) 84%. GABARITO E RESOLUÇÕES Resposta da questão : Processo adiabático por definição não há transferência de calor, Q 0. Resposta da questão : A Primeira Lei da Termodinâmica é a aplicação do princípio de conservação de energia em um sistema gasoso. O sistema pode trocar energia com o meio, na forma de calor ou na forma de trabalho. Essa energia pode provocar alteração na temperatura do sistema, variando a energia interna do sistema Δ U. De acordo com a convenção de sinais adotada, a expressão matemática dessa lei é: Qτ ΔU Resposta da questão : Para que todo o calor fornecido ao sistema seja convertido em trabalho, a variação de energia interna deve ser nula, sendo um processo isotérmico, e de acordo com a ª lei da termodinâmica, o calor recebido pelo sistema convertese integralmente em trabalho. Q ΔU τ se ΔU 0 Q τ Resposta da questão 4: [E] [I] Incorreta. Como o ciclo é anti-horário, o trabalho é negativo e seu módulo é numericamente igual a área do ciclo. [II] Correta. A energia interna (U) é diretamente proporcional ao produto pressão volume. Assim: pc VC pa V A UC U A. [III] Correta. Na transformação A B, ocorre expansão, indicando que o gás realiza trabalho (W 0). Como há também aumento da energia interna ( U 0). Δ Pela ª Lei da Termodinâmica: Q τ 4

5 Q ΔU W Q 0 o gás recebe calor. Resposta da questão 5: [A] Em qualquer ciclo, o gás sempre volta ao estado inicial, à mesma temperatura Δ Δ ( ΔT 0). Como a variação da energia interna ( U) é diretamente proporcional à variação de temperatura ( T) pela expressão ΔU n R ΔT, a variação da energia interna também é nula. Resposta da questão 6: Com base nos dados fornecidos pela questão: QF 00 η Q 00 Q η η Em termos percentuais: η 00% 00 η % Resposta da questão 7: [D] [I] INCORRETA. De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, é impossível uma máquina térmica, operando em ciclos, transformar integralmente calor em trabalho. [II] CORRETA. [III] CORRETA. Resposta da questão 8: [E] Observação: nessa alternativa [E] o enunciado deveria especificar que se trata de uma transformação cíclica, pois numa expansão isotérmica o calor é transformado totalmente em trabalho. A segunda lei da Termodinâmica afirma que: É impossível uma máquina térmica operar em ciclo, com rendimento de 00%, transformando integralmente em trabalho o calor recebido da fonte quente. Há sempre uma parcela desse calor rejeitado para a fonte fria. Resposta da questão 9: [D] I. Falsa. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica com consequente realização de trabalho. II. Verdadeira. Idem enunciado. III. Falsa. De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, nenhuma máquina térmica, operando em ciclos, pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. IV. Verdadeira. Idem enunciado. Resposta da questão 0: A segunda lei da Termodinâmica afirma: É impossível uma máquina Térmica, operando em ciclos, transformar 5

6 integralmente calor em trabalho. Em termos de cálculo, ela pode ser traduzida pela expressão do ciclo de Carnot, que dá o máximo rendimento possível para uma máquina térmica operando em ciclos entre uma fonte quente e uma fonte fria, respectivamente, a temperaturas absolutas T e T : T η. T Para transformar integralmente calor em trabalho, o rendimento teria que ser igual Nesse caso: T T 0 T 0 K. T T Ou seja, temperatura da fonte fria deveria ser zero absoluto, o que é um absurdo. Resposta da questão : [C] De acordo com a segunda lei da termodinâmica. È impossível uma máquina térmica, operando em ciclos, converter integralmente calor em trabalho. Resposta da questão : [C] A expansão adiabática e compressão adiabática só podem ocorrer nos ambientes e 4 e e, respectivamente, pois em uma expansão e compressão adiabática não existe trocas de calor com o meio. Resposta da questão : [A] Da ª Lei da Termodinâmica: Trabalho: W Qquente Qfria W 80 J. W 80 Rendimento: η 0,6 η 6%. Qquente 500 η. ( η) Resposta da questão 4: W W n 0,5 W 0,5 600 W 50 J Q 600 Tf T n 0,5 f Tf 00 K T T T 7 T 00 7 T 7 C c k c c Resposta da questão 5: [E] Para calcular o rendimento deste dispositivo, é preciso descobrir quanto de energia é necessário para elevar a quantidade de água dada em 0,5 C. Assim, Q m c ΔT Q 00 0,5 Q 50 cal ou Q 50 4, Q 0 J 6

7 Assim, 0 η 50 η 84 % 7