Exercício Termodinâmica (com solução comentada)

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1 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) Calcularemos primeiramente o rendimento desta máquina: ,5 50% cal Opção E Devemos calcular agora o rendimento máximo (Carnot), utilizando as temperaturas na escala kelvin: , 0% Observa-se que a referida máquina recebe 000 cal (486 J) e realiza 486 J de rabalho, sendo então o rendimento de 00%, violando a ª da ermodinâmica: Opção D Observamos, portanto, que esta suposta máquina, operando nas temperaturas indicadas, deverá apresentar um rendimento máximo de 0%, logo: Opção C

2 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) Conforme estudado em sala de aula e observando o gráfico do ciclo de Carnot, veremos as fases desse ciclo: Faremos uma importante correção na figura, na seta que aponta para a fonte quente. Na verdade ela deve apontar para baixo, pois a fonte quente fornece calor para a máquina. Em seguida deduzimos que, se são fornecidos 400 J à máquina e 800 J são convertidos em rabalho, então 00 J serão rejeitados para a fonte fria. Opção B Com esses dados podemos calcular o que se pede: K Opção A

3 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) No processo c d (expansão adiabática) não há troca de calor ( = 0), portanto: U Como o volume aumenta: 0, Logo: U 0, ou seja: a Energia Interna diminui: Opção C Calculando o saberemos quanto sobrará para ser convertido em rabalho: cal Se forem fornecidas 000 cal e 600 cal rejeitadas para a fonte fria, então foram utilizadas 400 cal para a realização de rabalho. Opção D Não é preciso muito esforço para percebemos dois grandes erros no item c:. Não há transformação isovolumétrica num ciclo de Carnot;. Isovolumetricamente significa volume constante, então como é possível comprimir a volume constante? Opção C

4 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) Só é preciso desenhar o diagrama seguindo as etapas: ª Aumento de volume a pressão constante; ª Aumento de volume a temperatura constante; ª Diminuição de volume a pressão constante; 4ª Aumento da pressão a volume constante. A única opção a seguir essas etapas: Opção A A resposta a essa questão pode ser encontrada na questão 8. Mas pode-se resolvê-la da mesma forma que resolvemos a questão anterior (0.). As etapas estão destacadas no texto da questão na ordem em que acontecem. Opção D

5 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) Primeiramente vamos notar a diferença entre a Máquina érmica e o Refrigerador: A principal diferença é que a Máquina érmica recebe calor de uma fonte quente e o converte parcialmente em rabalho, rejeitando o restante para uma fonte fria, enquanto que o Refrigerador retira calor de uma fonte fria (interior da geladeira), realiza rabalho e rejeita para uma fonte quente (exterior). A eficiência ( e ) de um refrigerador é calculada pela fórmula e. Precisamos então do rabalho realizado, que pode ser facilmente calculado pela fórmula e o tempo ( min. = 60 s). Pot t, já que sabemos a potência (5 0 W) Cálculos: rabalho Calor da fonte fria ( ) Eficiência Pot t J 4,5 0,5 0 0 J e,5 0 e 0 e 0,5 50% Opção B

6 Exercício ermodinâmica (com solução comentada) (ENEM 009) O esquema mostra um diagrama de bloco de uma estação geradora de eletricidade abastecida por combustível fóssil. Se fosse necessário melhorar o rendimento dessa usina, que forneceria eletricidade para abastecer uma cidade, qual das seguintes ações poderia resultar em alguma economia de energia, sem afetar a capacidade de geração da usina? A) Reduzir a quantidade de combustível fornecido à usina para ser queimado. B) Reduzir o volume de água do lago que circula no condensador de vapor. C) Reduzir o tamanho da bomba usada para devolver a água líquida à caldeira. D) Melhorar a capacidade dos dutos com vapor conduzirem calor para o ambiente. E) Usar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador. HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente. São Paulo: Pioneira homson Learning, 00 (adaptado). A questão envolve um raciocínio bem simples: basta utilizar o calor liberado com os gases pela chaminé para mover um outro gerador e com isso aproveitar um energia que estaria sendo desperdiçada As outras opções oferecem alternativas que reduziriam o rendimento da indústria ou não resultaria em efeito algum. Opção E (ENEM 009) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da geladeira, A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento da parte interna da geladeira. B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais quente, no exterior da geladeira. C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo for o seu compartimento interno. E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, o que reduz seu consumo de energia. Disponível em: Acesso em: 9 out. 008 (adaptado). O raciocínio é simples: o calor que precisa ser roubado do interior da geladeira não fluirá naturalmente para o exterior (com maior temperatura), de acordo com a ª Lei da ermodinâmica. Para que o processo aconteça é necessária a realização de rabalho, portanto de forma não-espontânea. Opção B