Professor: Renan Oliveira

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1 Professor: Renan Oliveira 1. (UEG GO/2013) Um refrigerador é, em essência, um tipo de máquina térmica que retira calor dos alimentos e envia-o para o meio ambiente. Para que consiga realizar esta tarefa, porém, ele precisa realizar um trabalho através de um gás. Esta máquina térmica se contrapõe ao fato de que o calor a) sempre flui espontaneamente do corpo mais quente para o corpo mais frio. b) pode ser utilizado para realizar trabalho em líquidos e gases. c) nunca é trocado entre corpos com temperaturas diferentes. d) é energia térmica em trânsito e, por isso, os gases conseguem realizar trabalho. 2. (UNIUBE MG/2013) Dentre as duas leis da termodinâmica, a segunda é a que tem maior aplicação na construção de máquinas e utilização na indústria, pois trata diretamente do rendimento das máquinas térmicas. Dois enunciados, aparentemente diferentes, ilustram a 2ª Lei da Termodinâmica, os enunciados de Clausius e KelvinPlanck: Enunciado de Clausius: O calor não pode fluir, de forma espontânea, de um corpo de temperatura menor, para um outro corpo de temperatura mais alta. Enunciado de KelvinPlanck: É impossível a construção de uma máquina que, operando em um ciclo termodinâmico, converta toda a quantidade de calor recebido em trabalho. Fonte: Sobre as definições acima e sobre a segunda lei da termodinâmica são feitas algumas afirmações: I. O enunciado de Clausius determina o sentido natural do fluxo de calor que vai da temperatura mais alta para a mais baixa, e, para que o fluxo seja inverso, é necessário que um agente externo realize um trabalho sobre esse sistema, tal como o que ocorre nos refrigeradores. II. O enunciado de Kelvin Planck implica que é possível existir um dispositivo térmico que tenha um rendimento de 100%. III. Em certa situação, um motor a vapor realiza um trabalho de 24kJ. Quando lhe foi fornecida uma quantidade de calor igual a 46kJ, o rendimento esperado dessa máquina foi de 100%, pois ela transformou integralmente calor em trabalho útil. IV. No ciclo de Carnot, o rendimento máximo teórico de uma máquina a vapor, cujo fluido entra a 500ºC e abandona o ciclo a 300ºC, foi de, aproximadamente, 26%. Estão CORRETAS as afirmações contidas em: a) I e IV, apenas b) I e III, apenas c) I e II, apenas d) II e IV, apenas e) III e IV, apenas 3. (UCS RS/2011) Um recente filme que no Brasil recebeu o nome de O Curioso Caso de Benjamin Button, protagonizado pelo ator Brad Pitt, conta a história curiosa de um personagem que nasce velho e,

2 à medida que o tempo passa, vai rejuvenescendo. Se pensarmos no envelhecimento humano como um processo energeticamente irreversível, qual título alternativo do filme ficaria coerente com as leis da Física? a) A Curiosa Obediência à Equação de Clapeyron b) O Extraordinário Caso da Violação da Segunda Lei de Newton c) O Estranho Caso de Violação da Segunda Lei da Termodinâmica d) O Incomum Caso de Confirmação da Primeira Lei da Termodinâmica e) O Intrigante Caso de Violação da Terceira Lei de Newton TEXTO: 1 - Comum à questão: 4 A Revolução Industrial consistiu em um conjunto de mudanças tecnológicas com profundo impacto no processo produtivo em nível econômico e social. Iniciada na Inglaterra em meados do século XVIII, expandiu-se pelo mundo a partir do século XIX. James Hargreaves, 1764, na Grã-Bretanha, inventa a fiadora spinning Jenny, uma máquina de fiar rotativa que permitia a um único artesão fiar oito fios de uma só vez.; James Watt, 1768, inventa a máquina a vapor; Gottlieb Daimler, 1885, inventou um motor a explosão etc. 4. (UEPB/2010) Acerca do assunto tratado no texto I, em relação às máquinas térmicas, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica, podemos afirmar: I. Nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. II. A segunda lei da Termodinâmica se aplica aos refrigeradores, porque esses transferem calor da fonte fria para a fonte quente. III. O rendimento de uma máquina térmica que opera em ciclos pode ser de 100%. Após a análise feita, verifica-se que é(são) correta(s) apena(s) a(s) proposição(ões) a) II e III. b) II. c) III. d) I. e) I e II. TEXTO: 2 - Comum à questão: 5 Dados necessários para a resolução de algumas questões desta prova: -2 Valor da aceleração da gravidade: g 10,0 m s 3-3 Densidade da água: 1,00 x 10 kg m Pressão atmosférica: 3,14 1atm 1,0 x 10 1 Calor específico da água: -1 c 1calg º C Calor latente de fusão do gelo: 80 cal g -1 5 Pa

3 5. (UNIOESTE PR/2009) A termodinâmica sistematiza as leis empíricas sobre o comportamento térmico dos corpos macroscópicos e obtém seus conceitos diretamente dos experimentos. Tendo como base as leis da termodinâmica, analise as seguintes proposições: I. Uma transformação adiabática é aquela em que o sistema não troca calor com a vizinhança. Então o trabalho realizado pelo sistema é feito à custa da diminuição da energia interna do sistema. II. Em uma máquina térmica a energia térmica é integralmente transformada em trabalho. III. É impossível a energia térmica fluir espontaneamente de um sistema mais frio para um sistema mais quente. IV. O ciclo de Carnot é um ciclo reversível ideal com o qual seria possível obter o máximo rendimento. Estão corretas a) I e II b) I e IV c) III e IV d) I, III e IV e) Todas TEXTO: 3 - Comum à questão: 6 Pressão Atmosférica Densidade da Água Aceleração da Gravidade : Massa da Terra Distância média Terra -Sol Constante Gravitacional Velocidade da luz DADOS no vácuo Velocidade do som no ar 5 1,0 x 10 Pa 3 3 1,0 x 10 kg/m 10 m/s ,0 x 10 kg 1,5 x m ,0 x 10 N.m /kg 3 3,0 x 10 8 m/s 2 3,4 x 10 m/s 6. (UFCG PB/2009) Encontrou-se um projeto muito antigo de uma máquina térmica. Segundo suas especificações, após a tradução para a linguagem contemporânea da Física, a energia fornecida à máquina, por calor, era de 7,0 kj vinda de uma fonte a 400K e a energia rejeitada para uma fonte fria a 300K era de 4,2 kj. Em relação ao projeto foram feitas três afirmações: I. O rendimento da máquina é de 60%. II. A máquina pode ser construída, pois a quantidade de energia transferida para a fonte fria é menor do que a energia recebida da fonte quente. III. A máquina não pode ser construída, pois viola o Segundo Princípio da Termodinâmica. Em relação ao valor de verdade das afirmativas, a opção correta é

4 a) todas as afirmativas estão corretas. b) as afirmativas II e III são falsas. c) a afirmativa III está correta. d) as afirmativas I e II estão corretas. e) todas as afirmativas são falsas. 7. (UFLA MG/2009) O esquema simplificado abaixo representa um motor térmico. Considere o calor 4 absorvido do reservatório quente Q 4 10 joules a cada segundo e o rendimento desse motor igual a 40% 1 do rendimento de um motor de CARNOT, operando entre os mesmos reservatórios T1 e T2. Pode se afirmar que a potência do referido motor é: a) 30 kw b) 18 kw c) 12 kw d) 16 kw 8. (UEM PR/2008) Uma máquina térmica opera entre um reservatório térmico mantido à temperatura de 100 ºC e outro mantido à temperatura ambiente. Em que época do ano essa máquina atingiria sua maior eficiência? a) Em dia típico de outono. b) Em dia típico de verão. c) Em dia típico de primavera. d) Em dia típico de inverno. e) É indiferente, a eficiência não depende da temperatura do outro reservatório. 9. (UFPR/2008) Os estudos científicos desenvolvidos pelo engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot ( ) na tentativa de melhorar o rendimento de máquinas térmicas serviram de base para a formulação da segunda lei da termodinâmica. Acerca do tema, considere as seguintes afirmativas: 1. O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho realizado pela máquina num ciclo e o calor retirado do reservatório quente nesse ciclo. 2. Os refrigeradores são máquinas térmicas que transferem calor de um sistema de menor temperatura para outro a uma temperatura mais elevada.

5 3. É possível construir uma máquina, que opera em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. b) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 10. (UFSCar SP/2008) Nada como distrair a mente enquanto você toma fôlego para continuar sua prova. Procure no caça-palavras as soluções para os cinco enigmas seguintes. Evidência decorrente do grau de agitação das partículas de um corpo. Unidade de medida do Sistema Internacional para calor. Mudança de fase que é caracterizada pela passagem do estado sólido para o de vapor. Processo de transmissão de calor que ocorre inclusive no vácuo. Transformação gasosa em que não ocorre realização de trabalho. O quadro que contempla as respostas adequadas a essas perguntas é

6 11. (UNIFOR CE/2008) Uma máquina térmica, operando em ciclos, entre duas fontes a 27 ºC e 327 ºC, tem rendimento igual a 80% do rendimento que teria se estivesse operando segundo o ciclo de Carnot. Essa máquina retira 5,0 x 10 3 cal da fonte quente em cada ciclo e realiza 10 ciclos por segundo. A potência útil que a máquina fornece, em kw, vale Considere: 1 cal = 4 J a) 1,0 b) 2,0 c) 5,0 d) 10 e) (UEA AM/2013) Em 1824 o engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot demonstrou que se uma máquina térmica, operando entre duas temperaturas constantes T1 e T2 (com T1 > T2), trabalhasse em ciclos segundo o gráfico mostrado, apresentaria o maior rendimento possível para essas temperaturas. Esse ciclo passou a se chamar Ciclo de Carnot e essa máquina, máquina ideal ou máquina de Carnot.

7 No Ciclo de Carnot um gás ideal sofre quatro transformações reversíveis: duas isotérmicas (AB e CD) e duas adiabáticas (BC e DA). A respeito da máquina e do Ciclo de Carnot, é correto afirmar que a) na transformação BC a máquina cede calor ao meio externo. b) na transformação CD o gás sofre uma compressão e é aquecido. c) o trabalho total realizado em cada ciclo é nulo. d) o gás só troca calor com o meio externo nas transformações AB e CD. e) na expansão AB o meio externo realiza trabalho sobre o gás. 13. (IFGO/2012) As máquinas térmicas são dispositivos que operam sempre em ciclos, isto é, retornam periodicamente às condições iniciais. Uma maneira de estudá-las é por meio de transformações que ocorrem dentro destes ciclos, representados por um gráfico do comportamento da pressão de um gás de trabalho em função do volume por ele ocupado. O gráfico a seguir representa um ciclo de uma máquina térmica realizado por um sistema gasoso: Analise as afirmativas. I. De A para B ocorre uma expansão isobárica. II. De B para C o trabalho é motor, ou seja, realizado pelo sistema. III. A variação de energia interna no ciclo ABCDA é positiva. IV. No ciclo fechado, ABCDA, não há variação de energia interna e o trabalho total é nulo. Está(ão) correta(s). a) Apenas a afirmativa I. b) Apenas as afirmativas I e II. c) Apenas as afirmativas I e IV. d) Apenas as afirmativas I, II e III. e) Apenas as afirmativas I, II e IV.

8 14. (UDESC/2016) Analise as proposições em relação às informações sobre os motores a combustão, usados em automóveis. I. Automóveis mais potentes conseguem transformar a maior parte da energia fornecida pelo combustível em trabalho. II. O rendimento máximo de um motor a gasolina está próximo de 30%, mesmo reduzindo as perdas de energia em seu interior independentemente do fabricante e do modelo do carro. III. O trabalho externo necessário para comprimir a substância de operação nos pistões deve ser maior que o trabalho resultante da expansão dessa substância. IV. É possível reaproveitar a maior parte do calor transferido para a fonte fria para gerar trabalho. V. Ao produzir um movimento ordenado, há um aumento da entropia do ambiente ao redor do automóvel. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras. b) Somente as afirmativas II, IV e V são verdadeiras. c) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. e) Somente as afirmativas II e V são verdadeiras. 15. (UEM PR/2015) Uma máquina térmica ideal funciona de acordo com o ciclo de Carnot. As fontes fria e quente são mantidas nas temperaturas de 21 ºC e 357 ºC, respectivamente. A máquina térmica opera realizando cinco ciclos por segundo e sua potência útil é de W. Assinale o que for correto. 01. O rendimento da máquina térmica é 0, A quantidade de calor transferida para a fonte fria em cada ciclo é de 400 J. 04. A potência fornecida pela fonte quente é de W. 08. O trabalho útil realizado pela máquina térmica em cada ciclo é de 600 J. 16. Se a temperatura da fonte quente for mantida constante e a diferença de temperatura entre as fontes quente e fria for reduzida à metade de seu valor, o rendimento da máquina também será reduzido à metade. 16. (UEMG/2015) Um rio sempre corre de uma parte mais alta para uma mais baixa. Suas águas perdem energia potencial gravitacional e ganham energia cinética. Parte dessa energia cinética transforma-se em energia térmica. Um dia escrevi que com as perdas só há um jeito: perdê-las. (LUFT, 2014, p. 72) Os processos de transformação de energia são estudados pelas leis da Termodinâmica. Sobre esses processos de transformação, são feitas três afirmações: Situação 1: 100 J de energia cinética são transformados em 100 J de energia térmica. Situação 2: 100 J de energia potencial gravitacional são transformados em 80 J de energia cinética e 20 J de energia térmica. Situação 3: 100 J de energia térmica são transformados em 100 J de energia cinética. Das 3 situações, viola (violam) a Segunda Lei da Termodinâmica a) apenas a situação 1. b) apenas a situação 2.

9 c) apenas a situação 3. d) as três situações. 17. (UEPA/2015) O grego Heron de Alexandria, no século I d.c., construiu um dispositivo que girava impulsionado pelo vapor d água. Esse dispositivo é considerado pela ciência como o precursor da máquina térmica. Apenas no século XVIII, durante a revolução industrial, foram construídas as primeiras máquinas térmicas para as indústrias. James Watt, em 1770, criou um novo modelo de máquina térmica com grandes vantagens em relação às existentes na época, revolucionando a sociedade. Hoje, muitas máquinas que fazem parte do nosso dia-a-dia (automóvel, geladeira, caldeira, freezer, ar-condicionado, etc.) operam segundo princípios termodinâmicos. Sobre as máquinas térmicas, considere as seguintes afirmações: I. Uma máquina térmica cuja fonte fria é mantida à temperatura ambiente é capaz de converter calor integralmente em trabalho. II. É impossível construir uma máquina térmica que tenha um rendimento superior ao da Máquina de Carnot, operando entre as mesmas temperaturas. III. Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot, apresenta um rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho. IV. Refrigeradores são dispositivos que transferem energia na forma de calor de um sistema de menor temperatura para outro de maior temperatura. A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é: a) I e II b) I e III c) II e III d) II e IV e) III e IV 18. (UFT TO/2015) Uma usina termoelétrica possui uma caldeira que opera a 700 K (fonte quente) e que fornece vapor, correspondente a kcal por segundo, para uma turbina. Após o vapor passar pela turbina, 600 kcal por segundo são cedidos ao condensador (fonte fria), que se encontra a 293 K. Sabendo que 1 cal = 4 J, a potência produzida por essa turbina em kw será de: a) 800 b) 1200 c) 1600 d) 2000 e) (PUC SP/2014) Para uma determinada máquina térmica de Carnot, a relação das temperaturas absolutas entre a fonte quente e a fonte fria é de 10/8. A cada ciclo realizado por essa máquina, cujo período é de 2s, ela retira 500cal da fonte quente. Determine a potência útil para essa máquina. Adote 1 cal = 4J a) 50W b) 100W c) 200W

10 d) 250W e) 400W 20. (PUCCAMP SP/2014) A física térmica começou a se desenvolver a partir do final do século XVIII, influenciada pelas necessidades sociais da época, associada com a Revolução Industrial ocorrida na Europa. Uma máquina térmica apresenta potência útil de 12 kw e, a cada segundo, rejeita 4,5 kcal no seu condensador que está a temperatura ambiente de 27 ºC. Sabendo que o rendimento dessa máquina é 80% do rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes, a temperatura da caldeira, em ºC, é de Considere: 1 cal = 4 J a) 277. b) 177. c) 227. d) 127. e) (UNIMONTES MG/2014) Um motor de Carnot opera entre 600 K e 450 K, absorvendo 6, J por ciclo. O trabalho realizado, por ciclo, e a eficiência desse motor são, respectivamente: a) J e 50%. b) J e 65%. c) J e 25%. d) J e 75%. 22. (ITA SP/2014) 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. 23. (PUC RS/2014) Numa turbina, o vapor de água é admitido a 800K e é expulso a 400K. Se o rendimento real dessa turbina é 80% do seu rendimento ideal ou limite, fornecendo-se 100kJ de calor à turbina ela poderá realizar um trabalho igual a a) 80kJ b) 60kJ c) 40kJ d) 20kJ e) 10kJ

11 24. (ENEM/2014) As máquinas térmicas foram aprimoradas durante a primeira Revolução Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII. O trabalho do engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot, que notou a relação entre a eficiência da máquina a vapor e a diferença de temperatura entre o vapor e o ambiente externo, foi fundamental para esse aprimoramento. A solução desenvolvida por Carnot para aumentar a eficiência da máquina a vapor foi a) reduzir o volume do recipiente sob pressão constante. b) aumentar o volume do recipiente e reduzir a pressão proporcionalmente. c) reduzir o volume do recipiente e a pressão proporcionalmente. d) reduzir a pressão dentro do recipiente e manter seu volume. e) aumentar a pressão dentro do recipiente e manter seu volume. 25. (FMABC SP/2013) Determinada máquina térmica foi projetada para operar realizando o ciclo de Carnot. Quando em operação, o trabalho útil fornecido pela máquina, a cada ciclo, é de 3200J. As temperaturas das fontes térmicas são 427ºC e 77ºC, respectivamente. Nestas condições, a quantidade de calor retirada da fonte quente, a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria e o rendimento da máquina térmica são, respectivamente, iguais a: Adote 4J = 1cal a) 3900J, 700J, 82% b) 6400J, 3200J, 50% c) 3200J, 6400J, 50% d) 700J, 3900J, 82% e) 1600J, 3200J, 50% GABARITO: 1) Gab: A 2) Gab: A 3) Gab: C 4) Gab: E 5) Gab: D 6) Gab: C 7) Gab: C 8) Gab: D 9) Gab: D 10) Gab: D 11) Gab: E 12) Gab: D 13) Gab: A 14) Gab: E 15) Gab: 30 16) Gab: C 17) Gab: D 18) Gab: C 19) Gab: C 20) Gab: E 21) Gab: C 22) Gab: E 23) Gab: C 24) Gab: E 25) Gab: B