1. (Ufrgs 2013) Um projeto propõe a construção de três máquinas térmicas, M 1, M 2 e M 3, que devem operar entre as temperaturas de 250 K e 500 K, ou seja, que tenham rendimento ideal igual a 50%. Em cada ciclo de funcionamento, o calor absorvido por todas é o mesmo: Q = 20 kj, mas espera-se que cada uma delas realize o trabalho W mostrado na tabela abaixo. Máquina M 1 M 2 M 3 W 20 kj 12 kj 8 kj De acordo com a segunda lei da termodinâmica, verifica-se que somente é possível a construção da(s) máquina(s) a) M 1. b) M 2. c) M 3. d) M 1 e M 2. e) M 2 e M 3. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: DADOS: sen 45 = 0,71; sen 60 = 0,87; cos 60 = 0,50 sen 36,9 = 0,60; cos 36,9 = 0,80 aceleração da gravidade = 10 m / s c = velocidade da luz = 3 10 m / s 8 2 2. (Cefet MG 2013) Um motor de avião com funcionamento a querosene apresenta o seguinte diagrama por ciclo. A energia, que faz a máquina funcionar, provém da queima do combustível e possui um valor 4 igual a 6,0 10 J/kg. A quantidade de querosene consumida em cada ciclo, em kg, é a) 0,070. b) 0,20. c) 5,0. d) 7,5. e) 15. 3. (Upf 2012) Uma amostra de um gás ideal se expande duplicando o seu volume durante uma transformação isobárica e adiabática. Considerando que a pressão experimentada pelo gás é 6 5 3 5 10 Pa e seu volume inicial 2 10 m, podemos afirmar: a) O calor absorvido pelo gás durante o processo é de 25 cal. b) O trabalho efetuado pelo gás durante sua expansão é de 100 cal. c) A variação de energia interna do gás é de 100 J. d) A temperatura do gás se mantém constante. e) Nenhuma das anteriores. Página 1 de 19
4. (Ufpa 2012) Um técnico de manutenção de máquinas pôs para funcionar um motor térmico que executa 20 ciclos por segundo. Considerando-se que, em cada ciclo, o motor retira uma quantidade de calor de 1200 J de uma fonte quente e cede 800 J a uma fonte fria, é correto afirmar que o rendimento de cada ciclo é a) 13,3% b) 23,3% c) 33,3% d) 43,3% e) 53,3% 5. (Ufsm 2012) Na primeira fase da revolução industrial, o processo de exploração do carvão, na Inglaterra, foi melhorado com a utilização de máquinas a vapor, para retirar a água acumulada nas minas. Considere uma máquina a vapor representada pelo esquema seguinte: Q 2 é a energia retirada do reservatório de maior temperatura (T 2 ) a cada ciclo. Q 1 é a energia cedida ao reservatório de menor temperatura (T 1 ). W é a energia associada ao trabalho da máquina sobre a vizinhança. Então, analise as afirmativas: I. Pela primeira lei da Termodinâmica, em valores absolutos, Q 1 +Q 2 = W. II. Se o esquema representa uma máquina reversível, o ciclo termodinâmico realizado pela substância de trabalho é formado por duas isotermas e duas adiabáticas. III. Como o reservatório de temperatura mais alta perde energia e o reservatório de temperatura mais baixa ganha energia, T 2 diminui e T 1 aumenta; por isso o rendimento diminui com o tempo. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas II e III. 6. (Epcar (Afa) 2012) 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. Página 2 de 19
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 TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Equipe de cientistas descobre o primeiro exoplaneta habitável O primeiro exoplaneta habitável foi encontrado depois de observações que duraram 11 anos, utilizando uma mistura de técnicas avançadas e telescópios convencionais. A equipe descobriu mais dois exoplanetas orbitando em volta da estrela Gliese 581. O mais interessante dos dois exoplanetas descobertos é o Gliese 581g, com uma massa três vezes superior à da Terra e um período orbital (tempo que o planeta leva para dar uma volta completa em torno de sua estrela) inferior a 37 dias. O raio da órbita do Gliese 581g é igual à 20% do raio da órbita da Terra, enquanto sua velocidade orbital é 50% maior que a velocidade orbital da Terra. O Gliese 581g está "preso" à estrela, o que significa que um lado do planeta recebe luz constantemente, enquanto o outro é de perpétua escuridão. A zona mais habitável na superfície do exoplaneta seria a linha entre a sombra e a luz, com temperaturas caindo em direção à sombra e subindo em direção à luz. A temperatura média varia entre - 31ºC e -12ºC, mas as temperaturas reais podem ser muito maiores na região de frente para a estrela (até 70 ºC) e muito menores na região contrária (até -40ºC). A gravidade no Gleise 581g é semelhante à da Terra, o que significa que um ser humano conseguiria andar sem dificuldades. Os cientistas acreditam que o número de exoplanetas potencialmente habitáveis na Via Láctea pode chegar a 20%, dada a facilidade com que Gliese 581g foi descoberto. Se fossem raros, dizem os astrônomos, eles não teriam encontrado um tão rápido e tão próximo. No entanto, ainda vai demorar muito até que o homem consiga sair da Terra e comece a colonizar outros planetas fora do sistema solar. Texto adaptado de artigo da Revista VEJA, Edição 2185, ano 43, n 40 de 06 de outubro de 2010. 7. (Uft 2011) Suponha que uma máquina de Carnot seja construída utilizando como fonte fria o lado do planeta Gliese 581g que nunca recebe luz e como fonte quente o lado que sempre recebe luz. A temperatura da fonte fria Tf = -40ºC e da fonte quente Tq = 70ºC. A cada ciclo a máquina retira da fonte quente 1000J de calor. Considerando que a máquina trabalha com um gás ideal, leia os itens abaixo: I. A máquina pode ser representada por um ciclo com duas transformações adiabáticas reversíveis e duas transformações isotérmicas reversíveis. II. Se o ciclo desta máquina consiste de uma expansão isotérmica, uma expansão adiabática, uma compressão isotérmica e uma compressão adiabática, respectivamente, então ocorre transformação de calor em trabalho útil. III. O rendimento da máquina é maior do que 40%. IV. A cada ciclo uma quantidade de calor maior que 700J é rejeitada para a fonte fria. Marque a opção correta: a) I e III são verdadeiras. b) I e II são verdadeiras. c) I e IV são verdadeiras. d) III e IV são verdadeiras. e) II e IV são verdadeiras. 8. (Upe 2010) O diagrama PV para uma determinada amostra de gás está representado na figura a seguir. Se o sistema é levado do estado a para o estado b, ao longo do percurso acb, Página 3 de 19
fornece-se a ele uma quantidade de calor igual a 100 cal, e ele realiza um trabalho de 40 cal. Se, por meio do percurso adb, o calor fornecido é de 72 cal, então o trabalho realizado vale em cal: a) 28 b) 60 c) 12 d) 40 e) 24 9. (Upe 2010) No diagrama PV, a seguir, está representada uma série de processos termodinâmicos. No processo ab, 250 J de calor são fornecidos ao sistema, e, no processo bd, 600 J de calor são fornecidos ao sistema. Analise as afirmações que se seguem. I. O trabalho realizado no processo ab é nulo. II. A variação de energia interna no processo ab é 320 J. III. A variação de energia interna no processo abd é 610 J. IV. A variação de energia interna no processo acd é 560 J. É CORRETO afirmar que apenas as(a) afirmações(ão) a) II e IV estão corretas. b) IV está correta. c) I e III estão corretas. d) III e IV estão corretas. e) II e III estão corretas. 10. (Ufu 2010) Um botijão de cozinha contém gás sob alta pressão. Ao abrirmos esse botijão, percebemos que o gás escapa rapidamente para a atmosfera. Como esse processo é muito rápido, podemos considerá-lo como um processo adiabático. Página 4 de 19
Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por ÄU = Q - W, onde ÄU é a variação da energia interna do gás, Q é a energia transferida na forma de calor e W é o trabalho realizado pelo gás, é correto afirmar que: a) A pressão do gás aumentou e a temperatura diminuiu. b) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás não variou. c) O trabalho realizado pelo gás foi positivo e a temperatura do gás diminuiu. d) A pressão do gás aumentou e o trabalho realizado foi negativo. 11. (Unemat 2010) O gráfico abaixo mostra a variação da energia interna de um gás ideal que sofreu uma transformação à pressão constante de P = 120 N/m 2. A quantidade de calor recebida pelo gás durante o processo foi de 800 joules. Com os dados, pode-se dizer que a variação da energia interna que este gás sofreu foi de: a) 560 joules. b) 260 joules. c) 300 joules. d) 480 joules. e) 580 joules. 12. (Ufv 2010) A figura a seguir ilustra um processo termodinâmico em um gás. Sabendo que durante o processo ABC a variação da energia interna do gás foi igual a U e que o trabalho realizado pelo gás no processo BC foi igual a W, então a quantidade de calor transferida ao gás no processo ABC foi: a) U + V A (P A P C ) + W b) U + P A (V B V A ) W c) U + V C (P A P C ) + W d) U + P A (V B V A ) + W 13. (Ufal 2010) A cada ciclo de funcionamento, o motor de um certo automóvel retira 40 kj do compartimento da fonte quente, onde se dá a queima do combustível, e realiza 10 kj de trabalho. Sabendo que parte do calor retirado da fonte quente é dispensado para o ambiente (fonte fria) a uma temperatura de 27 ºC, qual seria a temperatura no compartimento da fonte quente se esse motor operasse segundo o ciclo de Carnot? Dado: considere que as temperaturas em graus centígrados, T C, e Kelvin, T K, se relacionam através da expressão T C = T K 273. a) 127 ºC b) 177 ºC Página 5 de 19
c) 227 ºC d) 277 ºC e) 377 ºC 14. (Pucrs 2010) Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T 2 /T 1 das temperaturas em que opera a máquina. O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T 1 e T 2, com T 1 maior do que T 2, obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T 1. Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T 2 /T 1 diminui, a) alcançando 100% quando T 2 vale 0 º C. b) alcançando 100% quando T 1 é muito maior do que T 2. c) alcançando 100% quando a diferença entre T 1 e T 2 é muito pequena. d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. e) mas nunca alcança 100%. 15. (Udesc 2010) No diagrama p x V a seguir, está representado o ciclo termodinâmico da máquina de Carnot, considerada ideal porque tem o maior rendimento entre as máquinas térmicas. O sistema recebe calor da fonte quente à temperatura T 1 e transfere calor para a fonte fria à temperatura T 2. Com relação às transformações termodinâmicas que constituem esse ciclo, é correto afirmar que o sistema passa por uma: Página 6 de 19
a) expansão adiabática entre os estados b e d (b d). b) expansão isovolumética entre os estados b e c (b c). c) compressão isobárica entre os estados c e d (c d). d) expansão isotérmica entre os estados a e b (a b). e) compressão isotérmica entre os estados d e a (d a). 16. (Uece 2009) Um aluno, estudando física térmica, fez as seguintes afirmações: ( ) A variação da energia interna de um sistema em um processo termodinâmico é a diferença entre o trabalho realizado e o calor trocado com o meio. ( ) O rendimento máximo de uma máquina térmica é 1. ( ) A energia do universo sempre se mantém constante. ( ) O calor sempre flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. Classifique as afirmações anteriores como verdadeiras (V) ou falsas (F), baseando-se, somente, no enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, e assinale a opção que contém a sequência correta, de cima para baixo. a) V, F, V, F b) V, F, V, V c) F, V, V, F d) F, F, F, V 17. (Uel 2009) A conservação de alimentos pelo frio é uma das técnicas mais utilizadas no dia a dia, podendo ocorrer pelos processos de refrigeração ou de congelamento, conforme o tipo de alimento e o tempo de conservação desejado. Sobre os refrigeradores, considere as afirmativas. I - O refrigerador é uma máquina que transfere calor. II - O funcionamento do refrigerador envolve os ciclos de evaporação e de condensação do gás refrigerante. III - O gás refrigerante é uma substância com baixo calor latente de vaporização. IV - O processo de refrigeração realiza trabalho ao retirar calor da fonte fria e transferi-lo para a fonte quente. Assinale a alternativa CORRETA. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e III são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e IV são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 18. (Uel 2009) Leia o texto a seguir. "Por trás de toda cerveja gelada, há sempre um bom freezer. E por trás de todo bom freezer, há sempre um bom compressor - a peça mais importante para que qualquer sistema de refrigeração funcione bem. Popularmente conhecido como 'motor', o compressor hermético é considerado a alma de um sistema de refrigeração. A fabricação desses aparelhos requer tecnologia de ponta, e o Brasil é destaque mundial nesse segmento". (KUGLER, H. Eficiência gelada. "Ciência Hoje". v. 42, n. 252. set. 2008. p. 46.) Assinale a alternativa que representa corretamente o diagrama de fluxo do refrigerador. Página 7 de 19
19. (Ufpel 2008) De acordo com seus conhecimentos sobre Termodinâmica, analise as afirmativas abaixo. I - Sempre que um corpo muda de fase, sob pressão constante, ele recebe ou cede calor e a sua temperatura varia. II - Quando temos uma transformação isobárica, de uma certa massa de um gás perfeito, o aumento da temperatura fará com que aconteça um aumento de volume. III - Uma dada massa de um gás perfeito pode receber calor sem que a sua temperatura interna aumente. Isso ocorrerá se ele realizar um trabalho igual à quantidade de calor que recebeu. IV - Num processo de transformação isocórico a temperatura de uma certa massa de um gás permanece constante. Dessas afirmativas, estão CORRETAS apenas a) I e III. b) I, II e III. c) II e III. d) II e IV. e) II, III e IV. 20. (Ufpr 2008) Os estudos científicos desenvolvidos pelo engenheiro francês Nicolas Sadi Carnot (1796-1832) 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. Página 8 de 19
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. 21. (Unicamp 2007) Um gás ideal sofre uma compressão isobárica sob a pressão de 3 2 3 3 4 10 N m e o seu volume diminui 0,2 m. Durante o processo, o gás perde 1,8 10 J de calor. A variação da energia interna do gás foi de: 3 a) 1,8 10 J b) c) d) e) 3 1,0 10 J 2 8,0 10 J 3 1,0 10 J 3 1,8 10 J 22. (Ufal 2007) A revolução industrial ocorreu no início do século XIX, com o desenvolvimento de máquinas térmicas e estudos teóricos da termodinâmica realizados por Watt, Carnot e Mayer, entre outros. Certa máquina térmica, que funciona realizando o ciclo de Carnot, opera entre duas fontes de calor a 400 K e 300 K. Suponha que, em cada ciclo, o motor receba 2,4 x 10 3 J da fonte quente. Por ciclo, o calor rejeitado à fonte fria é, em joules, a) 2,4 10 2 b) 6,0 10 2 c) 1,2 10 3 d) 1,8 10 3 e) 2,4 10 3 23. (Ufsm 2007) Um condicionador de ar, funcionando no verão, durante certo intervalo de tempo, consome 1.600 cal de energia elétrica, retira certa quantidade de energia do ambiente que está sendo climatizado e rejeita 2.400 cal para o exterior. A eficiência desse condicionador de ar é a) 0,33 b) 0,50 c) 0,63 d) 1,50 e) 2,00 24. (Ufrgs 2006) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m 2. Página 9 de 19
Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de a) 100 J. b) 150 J. c) 250 J. d) 350 J. e) 400 J. 25. (Pucrs 2003) Uma certa quantidade de ar contido num cilindro com pistão é comprimida adiabaticamente, realizando-se um trabalho de -1,5kJ. Portanto, os valores do calor trocado com o meio externo e da variação de energia interna do ar nessa compressão adiabática são, respectivamente, a) -1,5kJ e 1,5kJ. b) 0,0kJ e -1,5kJ. c) 0,0kJ e 1,5kJ. d) 1,5kJ e -1,5kJ. e) 1,5kJ e 0,0kJ. Página 10 de 19
Gabarito: Resposta da questão 1: [C] O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho realizado e o calor recebido. O trabalho máximo que cada uma das máquinas pode realizar é: Wmáx η = Wmáx = η Q = 0,5 20 Wmáx = 10 J. Q Somente é possível a construção da Máquina 3. Resposta da questão 2: [B] A análise do diagrama dado permite concluir que a energia total (E) liberada na queima do combustível é 4 E = 4.000 + 8.000 12.000 E = 1,2 10 J. 4 Como a queima de 1 kg de querosene libera 6 10 J, temos a massa m desse combustível consumido em cada ciclo é: 4 4 6 10 J 1 kg 1,2 10 m = m = 0,2 kg. 4 4 1,2 10 J m kg 6 10 Resposta da questão 3: [C] Dados: Q = 0 (adiabática); 6 p = 5 10 Pa; 5 3 V0 = 2 10 m ; V = 2V 0. Da primeira lei da termodinâmica: ( ) ( ) Δ = τ Δ = Δ Δ = Δ Δ U Q U 0 p V U p V V 0 6 5 U p 2V0 V 0 ΔU p V0 5 10 2 10 U = 100 J. = = = Resposta da questão 4: [C] Dados: f = 20 Hz; Etotal = 1.200 J; Edissipada = 800 J. A cada ciclo (período), a energia útil é dada pela diferença entre a energia total e a dissipada. ΔEútil = ΔEtotal ΔEdissipada = 1.200 800 = 400 J. O rendimento (η) é dado pela razão entre a energia útil e a total, para um mesmo intervalo de tempo. Assim, a cada período: ΔEútil 400 1 η = = = η 33,3%. ΔEtotal 1200 3 Resposta da questão 5: Página 11 de 19
Gabarito oficial: [B] Gabarito SuperPro : Sem resposta correta. I. Incorreta. Pela conservação da energia (1ª Lei da Termodinâmica): Q 2 Q 1 = W. II. Incorreta. Não necessariamente um ciclo termodinâmico é composto de duas isotermas e duas adiabáticas. Esse é o caso do ciclo de Carnot. Há outros ciclos termodinâmicos reversíveis: Ciclo de Ericsson, composto por duas isotermas de duas isobáricas alternadas; Ciclo de Stirling, composto por duas isotermas de duas isométricas alternadas. III. Incorreta. As temperaturas das fontes quente e fria são mantidas constantes. Por exemplo, a temperatura da fonte quente é mantida pelo fogo, queimando-se algum combustível; a fonte fria, na maioria dos casos, é o próprio meio ambiente. Resposta da questão 6: 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 7: [B] I. Verdadeira: este é o ciclo de Carnot; II. Verdadeira: o ciclo descrito tem sentido horário. Portanto; o trabalho é positivo; TQ TF 110 III. Falso: η = = = 0,44 = 44% TQ 70 + 180 IV. Falsa. QQ QF QF QF QF η = = 1 0,44 = 1 = 0,56 QF = 560J QQ QQ 1000 1000 Resposta da questão 8: [C] A variação da energia interna de um gás só depende das energias internas inicial e final, não dependendo da evolução gasosa. Uacb = Uadb Qacb Wac Wcb = Qadc Wad Wdb W = W = 0 evoluções isométricas ac db Q acb Wcb = Qadc Wad 100 40 = 72 - W ad W ad = 12cal Resposta da questão 9: [C] Processo AB: Qab = 250J Processo isométrico Wab = 0 U = Q W Uab = 250 0 = 250J Página 12 de 19
Processo BD: Q = 600J bd Processo isobárico bd = = = U = Q W U = 600 240 = 360J Processo ABD: U = U + U = 250 + 360 = 610J abd ab bd Processo ACD: 4 3 Wbd p. V 8 10 3 10 240J A variação da energia interna entre dois estados não depende da evolução. Portanto: U = U = 610J acd abd Resposta da questão 10: [C] Ao abrirmos o botijão, o gás sofreu expansão realizando trabalho contra o meio (W > 0) Como o calor trocado foi nulo (Q = 0), a primeira lei da termodinâmica nos dá: U = Q W U = W. Se a variação da energia interna foi negativa ( U < 0) o gás sofre resfriamento, ou seja, a temperatura do gás diminuiu. Resposta da questão 11: [A] Obs: se a massa de gás é constante, essa questão está furada, pois o gráfico está incoerente com o enunciado. Para uma transformação isobárica, de acordo com a lei geral dos gases: VA VB =. T T A B O gráfico é uma reta que passa pela origem, sendo o volume diretamente proporcional à temperatura: V = k T. 1 3 No entanto, com os valores dados:. 300 500 A relação entre volume e temperatura nesse gráfico é: V 1 T 300 T = V = 2, que não apresenta relação de proporcionalidade. 2 200 100 Além disso, a unidade de temperatura no eixo das abscissas está grafada em letra minúscula (k). A única maneira de contornar a situação é considerar que esteja sendo bombeado gás no recipiente, aumentando a massa gasosa. Assim: Sendo n = pv, RT n A = 120(1) 8,3(300) considerando R = 8 J/mol K, vem: n A = 0,048 mol. Página 13 de 19
N B = 120(3) 8,3(500) n B = 0,087 mol. Porém, o mais provável é que a banca examinadora tenha cometido um deslize ao apresentar o gráfico. Vamos à solução esperada: Sendo W o trabalho realizado, temos: W = P V = 120(3 1) W = 240 J. Sendo o calor recebido Q = 800 J, aplicando a 1ª lei da termodinâmica: U = Q W = 800 240 = 560 J. Resposta da questão 12: Dados: variação da energia intena: U; trabalho realizado no trecho BC: W BC = W De acordo com 1ª lei da termodinâmica: Q = U + W AB + W BC Q = U + P A (V B V A ) + W Resposta da questão 13: [A] Dados: T 1 = 27 C = 300 K; Q 1 = 40 kj; W = 10 kj. O rendimento (η) desse motor é: W 10 η = = = 0,25. Q 40 1 Aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot: T2 η = 1 T T2 = T 1 η T 1 = 2 300 300 T 1 = = = 400 K T 1 = 400 273 1 T1 1 η 1 0,25 0,75 T 1 = 127 C. Resposta da questão 14: [E] A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em ciclos entre uma fonte quente, à temperatura T 1, e uma fonte fria, à temperatura T 2, consegue transformar integralmente calor em trabalho. Portanto o rendimento nunca pode chegar a 100%, sendo no máximo, igual ao da máquina de Carnot. De fato, analisando o gráfico, vemos que o rendimento seria igual a 100% quando a razão T2 fosse nula, ou seja: = 0 T2 = 0. A fonte fria teria que estar a 0 K, o que é um absurdo. T 1 Portanto o rendimento r é sempre menor que 100%. Resposta da questão 15: D) expansão isotérmica entre os estados a e b (a b). Correta, pois a temperatura mantém-se constante. Resposta da questão 16: T2 T 1 Página 14 de 19
A Segunda Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em ciclos entre uma fonte quente e uma fonte fria, transforma integralmente calor em trabalho. Analisemos, então as afirmações. (F) A variação da energia interna de um sistema em um processo termodinâmico é a diferença entre o trabalho realizado e o calor trocado com o meio. Essa afirmação é verdadeira, mas está de acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica. (F) O rendimento máximo de uma máquina térmica é 1. Para que uma máquina térmica tivesse rendimento igual a 1, todo calor da fonte quente seria transformado em trabalho, violando a 2ª Lei da Termodinâmica. Para que tal ocorresse, a fonte fria deveria estar a 0 K, o que é um absurdo. (F) A energia do universo sempre se mantém constante. A Segunda Lei da Termodinâmica não discute a conservação da energia. (V) O calor sempre flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio. Esse fenômeno faz com que o fluido termodinâmico realize trabalho, tornando possível o funcionamento da máquina térmica. Resposta da questão 17: Resolução O refrigerador transfere o calor dos alimentos para o ambiente, o que torna a afirmação I verdadeira. O gás refrigerante sofre os processos de evaporação e condensação para que sua temperatura varie e desta forma exista a troca de calor. A afirmação II é verdadeira. O gás refrigerante deve ser eficiente no processo e desta forma retirar grandes quantidades de calor. Isto pressupõe que o calor latente de vaporização é alto. Pela 1ª lei da Termodinâmica o calor só pode ser transferido de uma fonte mais fria para outra mais quente de forma não espontânea, ou seja, com realização de trabalho. Resposta da questão 18: Resolução Em um sistema de refrigeração, como uma geladeira ou ar-condicionado, o trabalho é recebido para que o calor oriundo da fonte fria seja transferido para a fonte quente. Resposta da questão 19: [C] Resolução A afirmação I é falsa pois durante a mudança de fase a temperatura permanece constante, sob pressão constante. A afirmação II é verdadeira de acordo com a lei geral dos gases, (p.v/t) = constante. A afirmação III é verdadeira de acordo com a primeira lei da termodinâmica, Q = T + U. Para que não exista variação da temperatura U = 0 Q = T, ou seja, o trabalho realizado pelo gás deverá, em expansão, ser numericamente igual ao calor recebido. Página 15 de 19
A afirmação IV é falsa pois durante uma transformação isocórica o volume permanece constante e desta forma variam pressão e temperatura. Resposta da questão 20: Resposta da questão 21: Por ser uma compressão, o trabalho realizado pelo gás é negativo: 3 2 W = pδ V = 4 10 ( 0,2) = 8 10 J O calor é negativo, pois foi perdido pelo gás. 3 Q = 1,8 10 J Pela Primeira Lei da Termodinâmica, sabemos que: ( ) ( ) 3 2 3 U = Q W U = 1,8 10 8 10 = 1,0 10 J Resposta da questão 22: A figura mostra o esquema de uma térmica: A máquina recebe calor da fonte quente, executa trabalho e rejeita calor para a fonte fria. W Qq Qf O rendimento da máquina é: η = = Q Q q Tq Tf Atuando em um ciclo de Carnot a expressão do rendimento é: η = T Igualando as equações, vem: q q Qq Qf Tq Tf 2400 Qf 400 300 = = Q T 2400 400 q q Página 16 de 19
2400 2400 Qf = Qf = 2400 600 = 1800J 4 Resposta da questão 23: [B] Resposta da questão 24: [B] Resposta da questão 25: [C] Página 17 de 19