Resolução da lista de termodinâmica + dilatação térmica Qualquer dúvida:

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1 Resolução da lista de termodinâmica + dilatação térmica Qualquer dúvida: energia.quantizada@gmail.com Questão 1 01 Errado, Carnot nunca prôpos a construção de uma máquina térmica perfeita (100%) ele apenas imaginou como melhorar o desempenho das máquinas inglesas. 02 Certo, η = = 1 0,903 = 0,096 = 9,6% que é menor que os 10% Certo, a densidade da água é máxima quando o volume é o menor possível ( d = m v ) logo ao resfriar água ela vem reduzindo o volume até atingir 4 C, a partir dessa temperatura o comportamento anômalo da água está ativo e o volume passa a aumentar ao invês de diminuir logo o menor volume é à temperatura de 4 C e consequentemente teremos aqui a maior densidade possível. 08 Certo, pois mesmo resolvendo o problema da temperatura das fontes (manter a fonte fria à temperatura de 0 k acabaria por gerar um rendimento de 100% η = 1 0 Tquente = 1 = 100%) o aproveitamento da máquina não será realmente de 100% já que energia será desperdiçada na fonte fria e para ter a ideia de Carnot funcionando (Suas correções para as máquinas inglesas) a energia desperdiçada deveria ser readicionada à fonte quente porém o calor não flui espontamente da fonte fria (menor temperatura) para a fonte quente (maior temperatura) logo seria preciso um motor para fazer esse serviço (como na geladeira) o que representaria gasto de energia e assim o motor não seria autosuficiente e logo não seria ideal. 16 Errado, não viola o princípio de conservação da energia (1º lei da termodinâmica) e sim a 2º lei da termodinâmica que afirma que máquina alguma pode atingir 100% de eficiência já que o calor não flui da fonte fria para a fonte quente espontaneamente (como explicado no item anterior). Questão 2 Usando o rendimento para calcular o Qquente: η = W Qquente 0,6 = Qquente Qquente = Joules Calculando o Qfrio: Qquente Qfrio = W Qfrio =

2 Qfrio = Joules Quanto à variação da energia interna: Como o funcionamento da máquina se dá em ciclos o gás volta a ter as mesmas características que tinha no início do processo logo volta a ter a mesma temperatura e, apesar de sua temperatura variar ao longo de seu funcionamento, ela não sofre variação da energia interna total no ciclo, logo U = 0. Questão 3 I Certo, permitindo que o ar circule favorecemos a conveccão melhorando o funcionamento da geladeira. II Errado, gelo é um isolante e não um condutor. III Certo, quanto maior a área de contato dos tubos do radiador com o ar ambiente maiores serão as trocas de calor por condução. Questão 4 De acordo com as ideias de Carnot uma máquina térmica pode ter rendimento máximo dado por: O que pra esse caso seria: η = 1 Tfria Tquente η = = 1 0,5 = 0,5 = 50% 500 Logo se uma questão afirmar que essa máquina está executando trabalho com rendimento superior a 50% isso será balela já que o rendimento de Carnot seria o maior possível para aquela máquina. Nesta questão o trabalho equivale a 75% do calor quente o que pode ser representado por: E o calor frio seria: Logo o rendimento desta máquina seria: W = 0,75Qquente Qfrio = 0,25Qquente η = W Qquente = 0,75Qquente = 0,75 = 75% Qquente E como esse redimento superaria o rendimento de Carnot para esta máquina ela não poderia existir logo a resposta seria letra A. (Minha opinião: Nunca encontrei essa informação documentada mas gosto de pensar que Carnot percebeu que analisar o rendimento com base no calor liberado e absorvido era uma ideia ruim já que não se podia medir calor de forma eficiente [nada garante que o calor não seria

3 absorvido pelo ambiente] logo, medindo as temperaturas, seria possível garantir que a máquina estava operando com um determinado rendimento e assim ele considerou que a medição com temperaturas sempre seria mais eficiente e daria maiores valores já que o calor seria dissipado pelo meio e assim o cálculo com o calor não mostraria o real rendimento da máquina ) Questão 5 a) Errado, o processo 1 não é isovolumétrico já que o volume da mistura ar + combustível no interior do cilindro se altera durante toda a fase de admissão. b) Certo, o texto faz questão de citar que o processo é rápido logo a transformação é adiabática. c) Errado, o processo 3 não é isobárico porque a explosão aumenta a pressão no interior do cilindro. d) Errado, o processo 4 não é isotérmico já que durante o período de descarga o gás entra em contato com o meio externo e acaba por trocar calor com o meio tendo assim sua temperatura certamente alterada. e) Errado, o próprio texto descreve que o êmbolo desce no momento do recebimento da mistura e desce também com a explosão logo temos 2 voltas. Questão 6 I Certo, a energia cinética de um gás é dada por: Ec = 1 2 NRT E a única variável que pode se alterar com o gás já estando confinado é a temperatura. II Certo, já que a energia cinética ficaria: 1 2 mv2 = 1 2 NRT v 2 = NRT m Logo a temperatura define a velocidade das moléculas. III Errado, como: N = m M Que é a razão entre a massa em gramas e a massa molar, substituindo a expressão na equação da velocidade do item anterior: v 2 = m M RT m v 2 = RT M

4 Logo quanto maior a massa molar menor a velocidade das moléculas então para Mx a velocidade deveria ser menor e não maior. Questão 7 A letra errada seria a E já que em uma transformação isotérmica a temperatura de um gás não varia e portanto não se alteraria mesmo recebendo calor. Dúvidas? Questão 8 No próprio texto é citado que a variação de temperatura dos gases seriam as mesmas logo as variações de energia interna dos gases devem também ser iguais. Agora analisando os calores: Gás 1: Como a transformação é isovolumétrica o trabalho é nulo e a primeira lei da termodinâmica indica que: Q = U Gás 2: Como nesta transformação a pressão é constante nenhuma variável da 1º lei zera logo: Q = U + W Logo o calor do gás 2 é maior que do gás 1 então: Q1 < Q2 e a letra certa seria letra A. Questão 9 É através da combustão que a energia armazenada nas ligações químicas do combustível é liberada, a máquina térmica aproveita esta energia para mover-se, logo a resposta é letra A. Questão 10 Na transformação adiabática a variação de energia interna varia de forma inversamente proporcional ao trabalho do gás. Com o sopro o gás sofre uma expansão e o trabalho é positivo e assim a variação de energia interna seria negativa e portanto a temperatura diminuiria, isso acontece porque o gás não recebe calor do meio externo e acaba usando a própria energia que ele tem armazenada para expandir. Questão Errado, o trabalho é dado pela área abaixo do gráfico. 02 Certo, calculando primeiro o trabalho do gás: O gráfico pode ser dividido em um retângulo e um trapézio logo a área total seria:

5 W = W = A trapézio + A retângulo ( ) = 1280 Joules 2 Logo o calor seria: Q = U + W Q = = 1380 Joules 04 Errado, o número de mols não se altera em uma transformação isotérmica e o gráfico deveria ser uma hipérbole. 08 Certo, um processo que acontece com aumento de energia interna (100 joules significam que o gás armazenou mais 100 joules) e com um trabalho positivo (expansão) só pode ocorrer com recebimento de energia externa. 16 Errado, o processo só é adiabático com um gráfico curvo. Questão Errado, a transformação é isotérmica logo não há variação de energia interna e portanto todo o calor é usado para realizar trabalho. O erro está na palavra parcialmente que deveria ser integralmente. 02 Certo, o trabalho seria dado pela área do retângulo logo: W = x = = 1600 J = 1,6 Kj 04 Certo, analisando com PiVi/Ti = PoVo/To: x = x T T = 1260 K 08 Errado, apesar de termos a temperatura final igual à inicial o que levaria a uma variação de energia interna total nula a temperatura sofre variação em todos os processos que compõem o ciclo. 16 Errado, a transformação é uma expansão e não compressão. 32 Certo, em uma transformação isocórica o volume não varia logo o trabalho é nulo então a primeira lei fica: Q = U Questão 13 Em toda lâmina bimetálica o metal que dilata mais define para onde a lâmina se curva (se ela curvou-se para cima o metal que está por baixo dilatou mais e vice e versa) logo α 1 < α 2. Quanto

6 ao parafuso quanto mais apertado menor será o tempo de contato entre as lâminas 1 e 2 (o que representa o fechamento do circuito e que o sistema continuará sendo aquecido por efeito Joule) logo teremos menos aquecimento e assim uma menor temperatura e a respota seria letra D. Questão Certo, como α A > α B o resfriamento faria o rebite reduzir mais suas dimensões que a placa logo o furo ficaria mais folgado. 02 Errado, como α A > α B no aquecimento o rebite dilata mais que a placa logo a folga será reduzida. 04 Errado, como α A < α B a folga diminuirá se o rebite dilatar. 08 Certo, se α A = α B as dilatações seriam idênticas logo a folga permaneceria a mesma. 16 Certo, se α A = α B lógico já que o furo dilatará com o aquecimento da placa. 32 Certo, como α A > α B vide explicação do item anterior, se só a placa for aquecida é claro que o furo aumenta e a folga também. Questão 15 No caso do resfriamento o volume do copo diminui e da água aumenta (comportamento anômalo) e no aquecimento ambos os volumes aumentam e como a dilatação da água é maior que a do copo o transbordamento acontece tanto no resfriamento (o copo contrai mais que a água) quanto no aquecimento logo a resposta seria letra C. Questão 16 a) Errado, na redução de 100 para 0 o volume passa de 1,05 para 1,00020 logo a reduão foi de 4%. b) Errado, de 4 a 0 o volume vai de 1,00 para 1,00020 logo o aumento é de 0,02%. c) Certo, de 0 a 4 o volume vai de 1,00020 para 1,00 e redução é de 0,02%. Questão 17 a) Errado, coeficientes de dilatação diferentes geram dilatações diferentes. b) Errado, quanto maior o aquecimento mais vibração de moléculas e assim o movimento aleatório das moléculas atrapalha o fluxo de calor e o material se aproxima de um isolante. c) Errado, o gelo é um bom exemplo disso. d) Errado, para ser isolante a condutividade deve ser a menor possível. e) Certo, os coeficientes são o dobro um do outro.

7 Questão 18 Vide questão 13 para compreender a relação entre os coeficientes de dilatação e uma diferença na condutividade não geraria dilatações como mostradas na figura. Questão 19 O fósforo acende primeiro no metal com maior condutividade térmica (ouro) e a aresta será maior onde o coeficiente de dilatação for maior logo no ouro a aresta será menor. Questão Errado, o volume da gasolina que aumentou mais que a do tanque. 02 Certo, vide item Certo, video item Errado, vide item Errado, vide item 01.