2. (G1) Quando uma máquina recebe trabalho e transforma este trabalho em calor, dizemos que essa máquina é um motor ou refrigerador?

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1 EXERCÍCIOS 1. (G1) Quando uma máquina recebe calor e transforma parte deste calor em trabalho útil, dizemos que essa máquina é um motor ou refrigerador? 2. (G1) Quando uma máquina recebe trabalho e transforma este trabalho em calor, dizemos que essa máquina é um motor ou refrigerador? 3. (G1) Se uma máquina térmica recebe da fonte quente 100 J de calor, realiza um trabalho de 80 J e rejeita para a fonte fria 30 J, qual lei termodinâmica está sendo desrespeitada? 4. (G1) Se uma máquina térmica recebe da fonte quente 200 J de calor e realiza um trabalho de 200 J, qual lei da termodinâmica está sendo desrespeitada? 5. (G1) O rendimento de uma máquina térmica é de 20%. Se em cada ciclo a máquina recebe da fonte quente 200 J de calor, qual o trabalho realizado por ela, por ciclo? 6. (G1) Uma máquina recebe da fonte quente 1000 J por ciclo. Se em cada ciclo o trabalho realizado é de 200 J, qual a quantidade de calor que deve ser rejeitada para a fonte fria? 7. (Unicamp 2001) 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 10 J de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1227 C. O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5000Ø/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 fria e quente respectivamente, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor específico da água c = 4000 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. TEXTO PARA AS PRÓXIMAS 2 QUESTÕES. 02/05/2010 7:00 pag.1

2 (Ufba 96) Na(s) questão(ões) a seguir escreva nos parênteses a soma dos itens corretos. 8. A figura a seguir representa o ciclo de Carnot, para um gás ideal. Nessas condições, é correto afirmar: (01) Na compressão adiabática, a energia interna do gás diminui. (02) Na expansão isotérmica, o gás recebe calor de uma das fontes. (04) Na expansão adiabática, a temperatura do gás diminui. (08) Na compressão isotérmica, a energia interna do gás diminui. (16) Na transformação cíclica, o gás atinge o equilíbrio térmico com a fonte quente, antes de reiniciar novo ciclo. Soma ( ) 9. De acordo com a teoria da Termodinâmica, é correto afirmar: (01) O calor só pode fluir de um corpo a outro de menor temperatura. (02) O princípio da conservação da energia é válido para qualquer sistema físico isolado. (04) Uma máquina térmica transforma integralmente calor em trabalho. (08) A variação da entropia corresponde à variação da energia útil do sistema. (16) Todos os processos naturais irreversíveis acarretam aumento na indisponibilidade de energia. Soma ( ) 02/05/2010 7:00 pag.2

3 10. (Puccamp 97) O esquema a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Os valores de T e Q não foram indicados, mas deverão ser calculados durante a solução desta questão. Considerando os dados indicados no esquema, se essa máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T, da fonte quente, seria, em Kelvins, igual a a) 375 b) 400 c) 525 d) 1200 e) (Puccamp 99) A turbina de um avião tem rendimento de 80% do rendimento de uma máquina ideal de Carnot operando às mesmas temperaturas. Em vôo de cruzeiro, a turbina retira calor da fonte quente a 127 C e ejeta gases para a atmosfera que está a -33 C. O rendimento dessa turbina é de a) 80 % b) 64 % c) 50 % d) 40 % e) 32 % 02/05/2010 7:00 pag.3

4 12. (Uel 95) Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as temperaturas de 27 C e 227 C. Em cada ciclo ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale a) 1000 b) 600 c) 500 d) 400 e) (Uel 2000) Uma central de energia utilizada por uma equipe móvel de TV desenvolve 1,8.10 joules de energia elétrica enquanto seu motor a gasolina consome 2,5 litros de combustível cujo poder calorífico é de 3,6.10 joules/litro. O rendimento da central é de a) 10% b) 20% c) 40% d) 50% e) 100% 02/05/2010 7:00 pag.4

5 14. (Uepg 2001) A figura abaixo mostra dois momentos de um cilindro metálico dotado de um êmbolo, em cujo interior se encontra um gás encerrado em equilíbrio. No segundo momento, o gás recebe uma quantidade de calor Q. Sobre este evento, assinale o que for correto. 01) O calor, isoladamente, descreve o estado do sistema. 02) As variáveis de estado (PVT) descrevem os estados de equilíbrio do sistema. 04) No segundo momento, o aumento do volume do gás torna o trabalho nulo. 08) O calor e o trabalho descrevem as transformações do sistema. 16) O gás contido no sistema é veículo para a realização de trabalho. 15. (Ufal 2000) 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. 02/05/2010 7:00 pag.5

6 16. (Ufrn 2001) No radiador de um carro, a água fica dentro de tubos de metal (canaletas), como na figura abaixo. Com a ajuda de uma bomba d'água, a água fria do radiador vai para dentro do bloco do motor, circulando ao redor dos cilindros. Na circulação, a água recebe calor da combustão do motor, sofre aumento de temperatura e volta para o radiador; é então resfriada, trocando calor com o ar que flui externamente devido ao movimento do carro. Quando o carro está parado ou em marcha lenta, um termostato aciona um tipo de ventilador (ventoinha), evitando o superaquecimento da água. A situação descrita evidencia que, no processo de combustão, parte da energia não foi transformada em trabalho para o carro se mover. Examinando-se as trocas de calor efetuadas, pode-se afirmar: a) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto maior for o calor trocado, maio será o rendimento do motor. b) Considerando o motor uma máquina térmica ideal, quanto menor for o calor trocado, menor será o rendimento do motor. c) Ocorre um aumento da entropia do ar nessas trocas de calor. d) Ocorrem apenas processos reversíveis nessas trocas de calor. 02/05/2010 7:00 pag.6

7 17. (Ufrn 2002) A água salobra existente em muitos locais - em algumas cidades no interior do RN, por exemplo - representa um problema para as pessoas, pois sua utilização como água potável só é possível após passar por um processo de dessalinização. Um dispositivo para esse fim (e que utiliza radiação solar) é o destilador solar. Ele é composto basicamente por um reservatório d'água cujo fundo é pintado de preto fosco, por uma cobertura de placas de vidro transparente e por calhas laterais para coletar a água condensada nas placas de vidro, conforme ilustrado na figura a seguir. Com base no exposto acima, é correto afirmar: a) a energia da radiação solar é utilizada para condensação do vapor de água. b) o processo de condensação do vapor de água ocorre nas placas de vidro que estão à mesma temperatura do vapor. c) a condução térmica não atua no processo de dessalinização da água. d) a entropia do vapor de água diminui quando o vapor se condensa nas placas de vidro. 02/05/2010 7:00 pag.7

8 18. (Ufscar 2000) 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. 02/05/2010 7:00 pag.8

9 19. (Ufsm 2001) Assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada uma das afirmativas. ( ) É impossível transferir energia na forma de calor de um reservatório térmico à baixa temperatura para outro com temperatura mais alta. ( ) É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclos, transforme em trabalho toda a energia a ela fornecida na forma de calor. ( ) Em uma expansão adiabática de um gás ideal, o trabalho é realizado às custas da diminuição da energia interna do gás. ( ) Em uma expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho é realizado às custas da diminuição da energia interna do gás. A seqüência correta é a) F - V - F - V. b) F - V - V - F. c) F - F - V - V. d) V - F - F - V. e) V - F - V - F. 20. (Ufv 96) Um folheto explicativo sobre uma máquina térmica afirma que ela, ao receber 1000 cal de uma fonte quente, realiza 4186 J de trabalho. Sabendo que 1 cal equivale a 4,186 J e com base nos dados fornecidos pelo folheto, você pode afirmar que esta máquina: a) viola a 1ò Lei da Termodinâmica. b) possui um rendimento nulo. c) possui um rendimento de 10%. d) viola a 2ò Lei da Termodinâmica. e) funciona de acordo com o ciclo de Carnot. 02/05/2010 7:00 pag.9

10 GABARITO 1. Motor. 2. Refrigerador. 3. A 1 lei, que é uma modalidade da lei da conservação da energia = [A] 11. [E] 4. A 2 lei. 12. [D] J. 13. [B] J por ciclo a) P = 40 MW 15. V V V V V b) К = 3 C 16. [C] = [A] 17. [D] 19. [B] 20. [D] 02/05/2010 7:00 pag.10