Segunda lei da Termodinâmica

Máquinas térmicas

Máquina térmica pode ser qualquer dispositivo capaz de transformar a energia interna de um combustível em energia mecânica.

Também pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho.

Observe esse exemplo: o motor de um carro é a fonte quente, local onde ocorre a queima do combustível, que fornece o calor que é resultante da explosão dos gases do combustível.

Dessa fonte térmica é retirada, a cada ciclo, uma quantidade de calor. (1)

Parte deste calor é convertida em trabalho mecânico útil (energia útil), fazendo o carro se mover.

A outra parte do calor que não é aproveitada é rejeitada para a atmosfera (meio ambiente), fonte fria, por meio do escapamento. (2)

Ocorre conservação de energia no motor de um carro pois a mistura gasosa, que realiza trabalho, é eliminada pelo escapamento com temperatura maior do que antes da explosão, logo parte do calor de combustão é transformada em energia interna dos gases, além da troca de calor que ocorre entre a carcaça do motor e o ambiente.

Portanto, a parte restante do calor de combustão é devida a energia de movimento do pistão, ou seja, realização de trabalho.

Então, os motores de combustão interna também obedecem a Primeira Lei da termodinâmica, ou seja ΔU = Q - W. 

Ciclo em termodinâmica

Em termodinâmica, ciclo é definido como uma série de transformações termodinâmicas sucessivas e organizadas tais que, ao transcurso de todas elas, o sistema regresse a seu estado inicial; ou seja, que a variação das grandezas termodinâmicas próprias do sistema seja nula.

Um fato característico dos ciclos termodinâmicos é a aplicação da lei da conservação de energia: a soma de calor e trabalho recebidos pelo sistema deve ser igual à soma de calor e trabalho realizados pelo sistema.

Transformações reversíveis e irreversíveis

 Transformações reversíveis são aquelas que se realizam em ambos os sentidos, podendo voltar ao estado inicial, passando pelas mesmas situações intermediárias, sem influências do meio externo, ou seja, processos reversíveis são aqueles que, teoricamente, são completamente reversíveis, podendo realizar a trajetória inversa do processo.

Fontes de energia renováveis são aquelas que se renovam continuamente na Natureza, sendo, por isso inesgotáveis.

Isso ocorre geralmente em transformações mecânicas sem atrito.

Considere o bloco da figura sendo abandonado do repouso no ponto A.

Se você desprezar todos os atritos ele se deslocará até o ponto B, atingindo o repouso na mesma altura que a do ponto A, retornará a A e ficará oscilando entre A e B, pois não existe atrito.

Observe que no deslocamento entre A e B e o retorno entre B e A, a transformação produzida não teve nenhuma influência do meio exterior (corpos circundantes) e, assim, ela é uma transformação reversível.

 Transformações irreversíveis observe no exemplo anterior que, se houver atrito, o corpo sofre perda de energia e, portanto não poderia, espontaneamente, voltar à posição inicial.

Nesse caso, essa é uma transformação irreversível, onde sua inversa só pode ocorrer com influência do meio externo ou de corpos circundantes, que devem fornecer energia ao corpo para que ele retorne à posição inicial (ponto A).

Fontes de energia não renováveis são aquelas cujas reservas se esgotam, pois o seu processo de formação é muito lento comparado com o ritmo de consumo que o ser humano faz delas.

Na realidade, na natureza todas as transformações espontâneas são irreversíveis. No exemplo acima é muito improvável que você elimine totalmente o atrito e, devido ao choque com as moléculas de ar e outros atritos, o bloco, depois de certo tempo irá parar.

A energia do bloco se converteu em energia térmica. O contrário não ocorre, ou seja, é impossível na natureza, que as moléculas se reorganizem e empurrem o bloco fazendo-o retornar à posição inicial. É por esse motivo que surgiu o Princípio da Degradação da Energia que afirma que é impossível converter totalmente calor em trabalho.

As transformações não alteram a quantidade de energia do Universo. Embora permaneça inalterada, em cada transformação, a parcela da energia disponível torna-se cada vez menor.

Na maioria das transformações parte da energia converte em calor, que ao se dissipar caoticamente pela vizinhança torna-se, cada vez menos disponível, para realização de trabalho.

A energia total do Universo não muda, mas a parcela disponível para realização de trabalho, torna-se cada vez menor.

Entropia

Em termos de termodinâmica, entropia é a medida de desordem das partículas em um sistema físico.

Maior temperatura, maior movimento vibratório das partículas, maior desordem e consequentemente maior entropia.

Menor temperatura, menor movimento vibratório das partículas, menor desordem e

consequentemente menor entropia.

As entropias são espontâneas, isso quer dizer que seguem princípios da natureza, sendo irreversíveis.

Por exemplo, quando um prato cai no chão e quebra, o resultado da desorganização gerada é a entropia deste ato, no entanto, seria impossível refazer o prato, sendo impossível retroceder a entropia.

Mais considerações sobre a entropia

A entropia pode ser considerada como o nível de desorganização de um sistema.

Exemplo: Escreva os números de 0 a 9 em pedaços de papéis (sistema), deixe-os ordenados em sua mão e em seguida jogue-os para cima deixando-os cair na mesa.

Você observará que todas foram espalhadas de maneira desordenada na mesa.

A medida quantitativa da desordem desse sistema (os 10 números) corresponde à entropia.

Quanto maior o grau de desorganização do sistema, maior a entropia.

Espontaneamente você verá que jamais os números voltarão de maneira ordenada à sua mão, a não ser que você os pegue e os ordene, mas aí, o processo não será mais espontâneo, pois será realizado um trabalho para que isso ocorra.

Quando um motor, por exemplo, de um carro estiver funcionando (energia útil), parte da energia recebida é dissipada por atritos e essa energia dissipada é a entropia e você nunca mais conseguirá reutiliza-la pelo processo inverso.

A degradação natural da energia também é uma evolução para a desordem.

As energias ordenadas (mecânica, elétrica, química) tendem a se converter na energia desordenada de agitação térmica (calor) que não pode retornar a ser ordenada e vai aumentando cada vez mais.

 O Segundo Princípio da Termodinâmica diz precisamente isso, que um sistema isolado tende a evoluir no sentido de aumentar a entropia. Por isso que a entropia do universo aumenta continuamente, pois os acontecimentos inversos não acontecem.

Quanto maior a temperatura de uma substância, maior o movimento das suas partículas, mais desorganizada ela está e, portanto, maior a sua entropia, assim, à temperatura de zero absoluto (0K ou - 273^o C) quando todas as vibrações atômicas e movimento param, a entropia é nula, porque não há movimento desordenado.

Segundo Princípio da Termodinâmica

 Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”

É impossível transformar calor de uma fonte quente (Q_q) em energia útil (trabalho W) sem que ocorra perdas para a fonte fria Q_f).

Você pode reduzir essas perdas, por exemplo, diminuindo os atritos, mas nunca eliminá-las totalmente.

Rendimento de uma máquina térmica

Uma máquina térmica é um dispositivo constituído por dois reservatórios (figura).

O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedecendo à Segunda Lei da termodinâmica e transformado parte do calor que sai da fonte quente em trabalho. 

Se você conhecer o quanto de trabalho (W) a máquina térmica produz e o quanto de calor (Q) foi fornecido pela fonte quente, você pode calcular o rendimento (η) de uma máquina térmica.

Rendimento (η) de uma máquina térmica    η =

Uma máquina térmica é um dispositivo constituído por dois reservatórios (figura).

O calor flui do reservatório à temperatura elevada (fonte quente) para o reservatório à temperatura mais baixa (fonte fria), obedecendo à Segunda Lei da termodinâmica e transformado parte do calor que sai da fonte quente em trabalho. 

Se você conhecer o quanto de trabalho (W) a máquina térmica produz e o quanto de calor (Q) foi fornecido pela fonte quente, você pode calcular o rendimento (η) de uma máquina térmica.

Rendimento (η) de uma máquina térmica    η =

Observe nessas expressões que a sua eficiência (rendimento) é sempre menor do que 1 (100%).

Lembre-se de que a utilização do módulo de Q é necessária em função da Primeira lei e de que

se o sistema recebe calor, a quantidade de calor é positiva e se o sistema cede calor, a quantidade de calor é negativa.

Ciclo de Carnot

Carnot estabeleceu que: Se uma máquina térmica operar em ciclos entre duas fontes térmicas, uma quente e outra fria, ela deve

 retirar calor (Q) da fonte quente, convertê-lo parcialmente em trabalho (W) e o restante (Q_r) rejeitar para a fonte fria.

Exemplo: o motor de um carro é a fonte quente, local onde ocorre a queima do combustível, que fornece o calor. Dessa fonte térmica é retirada, a cada ciclo, uma quantidade de calor.

Parte deste calor é convertida em trabalho mecânico útil (energia útil), fazendo o carro se mover. A outra parte do calor que não é aproveitada é rejeitada para a atmosfera, fonte fria, por meio do escapamento.

Sequência do ciclo de Carnot

 Como o rendimento de uma máquina térmica é sempre menor que 1 (η = , com W sempre menor que Q), Carnot demonstrou que, teoricamente, existe uma sequência específica de transformações na qual a máquina térmica obtém o máximo de rendimento.

O ciclo no qual isso ocorre é denominado ciclo de Carnot e a máquina que opera segundo esse ciclo é chamada máquina de Carnot.

Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot não contraria a segunda lei da Termodinâmica.

 Sequência do ciclo de Carnot cuja máquina térmica que o realiza é denominada máquina de Carnot:

Fórmulas do rendimento de uma máquina de Carnot

Carnot demonstrou que o rendimento (η) de uma máquina térmica depende somente das temperaturas entre as quais ela trabalha ou que, no ciclo de Carnot, o rendimento é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar.

Carnot demonstrou que:

Máquinas frigoríficas

Máquinas frigoríficas são dispositivos que, durante seu funcionamento, efetuam a transformação trabalho em calor.

Os refrigeradores são máquinas frigoríficas que, ao funcionarem, transferem calor de um sistema em menor temperatura (congelador) para o meio exterior, que se encontra a uma temperatura mais alta.

 As máquinas frigoríficas não contrariam o enunciado da segunda lei da Termodinâmica, que a referida passagem não é espontânea, ocorrendo à custa de um trabalho externo.

No refrigerador das geladeiras comuns existe um líquido refrigerante (freon, tetrafluoretano, etc,), que, ao sofrer expansão passa do estado líquido ao estado gasoso, que abaixa a temperatura na serpentina interna (congelador).

Esse líquido refrigerante absorve calor do congelador e, através de um mecanismo ele é forçado a entrar no condensador, onde é comprimido até se liquefazer e nessa liquefação cede calor ao ambiente através da serpentina externa. Esse processo se repete ciclicamente.  

Eficiência de uma máquina frigorífica

 A eficiência (e) de uma máquina frigorífica é expressa pela relação entre a quantidade de calor retirada da fonte fria (Q₂) e o trabalho externo (W) envolvido nessa transferência.

O que você deve saber, informações e dicas

 Máquina térmica   pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho.

Sequência do ciclo de Carnot cuja máquina térmica que o realiza é denominada máquina de Carnot:

Rendimento de uma máquina térmica de Carnot:

Quanto maior a temperatura de uma substância, maior o movimento das suas partículas, mais desorganizada ela está e, portanto, maior a sua entropia, assim, à temperatura de zero absoluto (0K ou -273^oC) quando todas as vibrações atômicas e movimento param, a entropia é nula, porque não há movimento desordenado.

Máquinas frigoríficas são dispositivos que, durante seu funcionamento, efetuam a transformação trabalho em calor.

Os refrigeradores são máquinas frigoríficas que, ao funcionarem, transferem calor de um sistema em menor temperatura (congelador) para o meio exterior, que se encontra a uma temperatura mais alta.

 De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a entropia do Universo tende a aumentar com o tempo.

Eficiência de uma máquina frigorífica

A eficiência (e) de uma máquina frigorífica é expressa pela relação entre a quantidade de calor retirada da fonte fria (Q₂) e o trabalho externo (W) envolvido nessa transferência.

Analizar atentamente cada sequência do ciclo de Carnot na teoria acima.

Observe atentamente o processo físico representado na sequência de figuras a seguir.

Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado.

Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído na figura 3.

Pode-se afirmar que, no final dessa sequência, a ordem do sistema é maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui.

Como a entropia refere-se à desordem do sistema, a entropia diminui. Essa situação é impossível, pois a entropia deve sempre ser positiva, maior que zero e sempre aumentar.  

Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre a

Segunda lei da Termodinâmica

01-(UFRS-RS) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de

02-(PUC-RJ) Uma máquina de Carnot é operada entre duas fontes, cujas temperaturas são, respectivamente, 100^oC e 0^oC. Admitindo-se que a máquina receba da fonte quente uma quantidade de calor igual a 1.000 cal por ciclo, pede-se:

a) o rendimento térmico da máquina

b) a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria

03-(EMC-RJ) O rendimento de uma certa máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria atmosfera a 27^oC.

Calcule a temperatura da fonte quente.

04-(FGV-SP) Sendo 27^oC a temperatura da água do mar na superfície e de 2^oC em águas profundas, qual seria o rendimento teórico de uma máquina térmica que aproveitasse a energia correspondente?

05-(UFAL-AL) 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.

06-(CEFET-PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: "É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho." Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:

a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;

b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;

c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;

d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;

e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.

07-(UFPEL-RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento desta máquina, em percentual, é de:

 08-(UFSC-SC) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S) a respeito do ciclo de Carnot:

(01) Por ser ideal e imaginária, a máquina proposta por Carnot contraria a segunda lei da Termodinâmica.

(02) Nenhuma máquina térmica que opere entre duas determinadas fontes, às temperaturas T₁ e T₂, pode ter maior rendimento do que uma máquina de Carnot operando entre essas mesmas fontes.

(04) Uma máquina térmica, operando segundo o ciclo de Carnot entre uma fonte quente e uma fonte fria, apresenta um rendimento igual a 100%, isto é, todo o calor a ela fornecido é transformado em trabalho.

(08) O rendimento da máquina de Carnot depende apenas das temperaturas da fonte quente e da fonte fria.

(16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas, alternadas com duas transformações isotérmicas.

09- (UFSC-SC) O uso de combustíveis não renováveis, como o petróleo, tem sérias implicações ambientais e econômicas. Uma alternativa energética em estudo para o litoral brasileiro é o uso da diferença de temperatura da água na superfície do mar (fonte quente) e de águas mais profundas (fonte fria) em uma máquina térmica para realizar trabalho. (Desconsidere a salinidade da água do mar para a análise das respostas).

Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) Supondo que a máquina térmica proposta opere em um ciclo de Carnot, teremos um rendimento de 100%, pois o ciclo de Carnot corresponde a uma máquina térmica ideal.

(02) Uma máquina com rendimento igual a 20% de uma máquina ideal, operando entre 7 °C e 37 °C, terá um rendimento menor que 10%.

(04) Na situação apresentada, a temperatura mais baixa da água é de aproximadamente 4 °C pois, ao contrário da maioria dos líquidos, nesta temperatura a densidade da água é máxima. 

(08) É impossível obter rendimento de 100% mesmo em uma máquina térmica ideal, pois o calor não pode ser transferido espontaneamente da fonte fria para a fonte quente.

(16) Não é possível obtermos 100% de rendimento, mesmo em uma máquina térmica ideal, pois isto viola o princípio da conservação da energia.

10-(UFF-RJ) O esquema a seguir representa o ciclo de operação de determinada máquina térmica cujo combustível é um gás.

Quando em funcionamento, a cada ciclo o gás absorve calor (Q₁) de uma fonte quente, realiza trabalho mecânico (W) e libera calor (Q₂) para uma fonte fria, sendo a eficiência da máquina medida pelo quociente entre W e Q₁. Uma dessas máquinas, que, a cada ciclo, realiza um trabalho de 3,0.10⁴ J com uma eficiência de 60%, foi adquirida por certa indústria. Em relação a essa máquina, conclui-se que os valores de Q₁, de Q₂ e da variação da energia interna do gás são, respectivamente:

a) 1,8.10⁴ J ; 5,0.10⁴ J ; 3,2.10⁴ J                      

b) 3,0.10⁴ J ; zero ; zero                         

c) 3,0.10⁴ J ; zero ; 3,0.10⁴ J

d) 5,0.10⁴ J ; 2,0.10⁴ J ;zero                            

 e) 5,0.10⁴ J ; 2,0.10⁴ J ; 3,0.10⁴ J

11-(PUCCAMP-SP) O esquema a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Os valores de T₁ e Q₂ 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 T₁, da fonte quente, seria, em Kelvins, igual a

a) 375                             

b) 400                              

c) 525                                

d) 1200                               

e) 1500

12-(ENEM-MEC) A refrigeração e o congelamento de alimentos são responsáveis por uma parte significativa do consumo de energia elétrica numa residência típica.

Para diminuir as perdas térmicas de uma geladeira, podem ser tomados alguns cuidados operacionais:

I. Distribuir os alimentos nas prateleiras deixando espaços vazios entre eles, para que ocorra a circulação do ar frio para baixo e do quente para cima.

II. Manter as paredes do congelador com camada bem espessa de gelo, para que o aumento da massa de gelo aumente a troca de calor no congelador

III. Limpar o radiador ("grade" na parte de trás) periodicamente, para que a gordura e o poeira que nele se depositam não reduzam a transferência de calor para o ambiente.

Para uma geladeira tradicional é correto indicar, apenas,

a) a operação I                          

b) a operação II.                          

c) as operações I e II.                         

d) as operações I e III.                                  

e) as operações II e III.

13-(UEL-PR) O reator utilizado na usina nuclear de Angra dos Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor).

O reator utilizado na Usina Nuclear de Angra dos Reis – Angra II – é do tipo PWR (Pressurized Water Reactor). O sistema PWR é constituído de três circuitos: o primário, o secundário e o de água de refrigeração. No primeiro, a água é forçada a passar pelo núcleo do reator a pressões elevadas, 135 atm, e à temperatura de 320^oC. Devido à alta pressão, a água não entra em ebulição e, ao sair do núcleo do reator, passa por um segundo estágio, constituído por um sistema de troca de calor, onde se produz vapor de água que vai acionar a turbina que transfere movimento ao gerador de eletricidade. Na figura estão indicados os vários circuitos do sistema PWR.

Considerando as trocas de calor que ocorrem em uma usina nuclear como Angra II, é correto afirmar:

a) O calor removido do núcleo do reator é utilizado integralmente para produzir trabalho na turbina.

b) O calor do sistema de refrigeração é transferido ao núcleo do reator através do trabalho realizado pela turbina.

c) Todo o calor fornecido pelo núcleo do reator é transformado em trabalho na turbina e, por isso, o reator nuclear tem eficiência total.

d) O calor do sistema de refrigeração é transferido na forma de calor ao núcleo do reator e na forma de trabalho à turbina.

e) Uma parte do calor fornecido pelo núcleo do reator realiza trabalho na turbina, e outra parte é cedida ao sistema de refrigeração.

14-(UFAM-AM) Um inventor diz ter desenvolvido uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas, quente e fria, com temperaturas de 500K e 250K, respectivamente, consegue, em cada ciclo, realizar uma quantidade de trabalho equivalente a 75% do calor absorvido da fonte quente, rejeitando 25% da energia gerada por essa fonte. De acordo com as leis da termodinâmica, é possível que o inventor tenha realmente desenvolvido tal máquina?

a) Não é possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento maior que o rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes.

b) Não é possível, uma vez que o rendimento da máquina é 100%.

c) É possível, uma vez que não violaria a Primeira Lei da Termodinâmica.

d) Não é possível, uma vez que violaria a Primeira Lei da Termodinâmica.

e) É possível, uma vez que essa máquina teria um rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre as mesmas fontes.

15-(UEG-GO) Os motores usados em veículos são normalmente de combustão interna e de quatro tempos. A finalidade dos motores é transformar a energia térmica do combustível em trabalho. De modo geral, eles são constituídos de várias peças, entre elas: as válvulas, que controlam a entrada e a saída do fluido combustível, a vela, onde se dá a faísca que provoca a explosão, o virabrequim (árvore de manivelas), que movimenta o motor, e os êmbolos, que são acoplados a ele.

No tempo 1, ocorre a admissão do combustível, a mistura de ar e vapor de álcool ou gasolina, produzida no carburador: o virabrequim faz o êmbolo descer, enquanto a válvula de admissão se abre, reduzindo a pressão interna e possibilitando a entrada de combustível à pressão atmosférica. No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente. No tempo 3, ocorre a explosão: no ponto em que a compressão é máxima, produz-se, nos terminais da vela, uma faísca elétrica que provoca a explosão do combustível e seu aumento de temperatura; a explosão empurra o êmbolo para baixo, ainda com as válvulas fechadas. No tempo 4, ocorre exaustão ou descarga: o êmbolo sobe novamente, a válvula de exaustão abre-se, expulsando os gases queimados na explosão e reiniciando o ciclo.

De acordo com o texto e com a termodinâmica, é CORRETO afirmar:

a) No tempo 1, o processo é isovolumétrico.                                 b) No tempo 2, o processo é adiabático.

c) No tempo 3, o processo é isobárico.                                          d) No tempo 4, o processo é isotérmico.

e) Um ciclo completo no motor de 4 tempos é realizado após uma volta completa da árvore de manivelas.

16-(ACAFE) Uma máquina térmica, operando segundo um Ciclo de Carnot, trabalha entre as temperaturas T_Q = 400 K (fontequente)e T_F = X K (fonte fria). O rendimento dessa máquina será de 100%, somente se X for igual a:

a) 273                                   

b) 400                                  

c) 100                                     

d) 0                                   

e) 373

17-(UFMT-MT) Sobre o estudo da termologia, analise as afirmativas:

I. A temperatura é a medida do calor de um corpo.

II. A eficiência de uma máquina térmica que trabalha segundo o ciclo de Carnot independe da energia interna da substância de operação.

III. Um gás ideal em expansão adiabática diminui sua energia interna.

IV. O aumento da temperatura de um gás ideal só é possível se houver um fluxo de calor para o seu interior.

Estão corretas as afirmativas:

a) I, II e IV, apenas         

b) II e IV, apenas          

c) III e IV, apenas           

d) II e III, apenas              

e) I, II, III e IV

18-(UEG-GO) O ciclo de Carnot foi proposto em 1824 pelo físico francês Nicolas L. S. Carnot. O ciclo consiste numa seqüência de transformações, mais precisamente de duas transformações isotérmicas (T_Hpara a fonte quente e T_Cpara a fonte fria), intercaladas por duas transformações adiabáticas, formando, assim, o ciclo. Na sua máquina térmica, o rendimento seria maior quanto maior fosse a temperatura da fonte quente. No diagrama a seguir, temos um ciclo de Carnot operando sobre fontes térmicas de T_H= 800 K e T_C= 400 K.

Admitindo-se que o ciclo opera com fonte quente, recebendo 1000 J de calor, responda:

a) Em que consistem os termos transformações isotérmicas e adiabáticas?

b) Determine o rendimento dessa máquina de Carnot.

c) Essa máquina vai realizar um trabalho. Qual é o seu valor?

19-(UFC-CE) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T₁) e a fonte de temperatura baixa (T₂) é dada pela expressão η = 1 - (T₂/T₁), em que T₁ e T₂ são medidas na escala absoluta ou de Kelvin. Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência η = 30%. Se você dobrar o valor da temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a:

a) 40%                             

b) 45%                                

c) 50%                                 

d)  60%                              

e) 65%

20-(PUC-MG) A palavra ciclo tem vários significados na linguagem cotidiana. Existem ciclos na economia, na literatura, na história e, em geral, com significados amplos, pois se referem a tendências, épocas, etc.

Em termodinâmica, a palavra ciclo tem um significado preciso: é uma série de transformações sucessivas que recolocam o sistema de volta ao seu estado inicial com realização de trabalho positivo ou negativo e a troca de calor com a vizinhança. Assim, por exemplo, os motores automotivos foram bem compreendidos a partir das descrições de seus ciclos termodinâmicos.

Considere o quadro a seguir onde são apresentadas três máquinas térmicas operando em ciclos entre fontes de calor nas temperaturas 300K e 500K. Q e W são, respectivamente, o calor trocado e o trabalho realizado em cada ciclo.

De acordo com a termodinâmica, é possível construir:

a) as máquinas A, B e C.                   

b) a máquina B apenas.                  

c) a máquina C apenas.              

d) a máquina A apenas.

21-(UFSCAR-SP) Inglaterra, século XVIII. Hargreaves patenteia sua máquina de fiar; Arkwright inventa a fiandeira hidráulica;

James Watt introduz a importantíssima máquina a vapor. Tempos modernos!

            (C. Alencar, L. C. Ramalho e M. V. T. Ribeiro, "História da Sociedade Brasileira".)

As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre estas máquinas, considere as três afirmações seguintes:

I. Quando em funcionamento, rejeitam para a fonte fria parte do calor retirado da fonte quente.

II. No decorrer de um ciclo, a energia interna do vapor de água se mantém constante.

III. Transformam em trabalho todo calor recebido da fonte quente.

É correto o contido apenas em

22-(UFV-MG) De acordo com a segunda lei da Termodinâmica, a entropia do Universo:

a) não pode ser criada nem destruída.                              b) acabará transformada em energia.

c) tende a aumentar com o tempo.                                   d) tende a diminuir com o tempo.

e) permanece sempre constante.

23-(UFBA-BA) Com base nos conhecimentos sobre Termodinâmica, é correto afirmar:

01) Quando um gás ideal é comprimido rapidamente, a energia interna do gás aumenta.

02) O ciclo de Carnot é composto por transformações isométricas e isobáricas.

04) O rendimento de uma máquina térmica depende exclusivamente da temperatura da fonte quente.

08) No refrigerador o gás refrigerante remove calor da fonte fria, evaporando-se, e transfere calor à fonte quente, condensando-se.

16) Admitindo-se o Universo como sistema físico isolado, a entropia do Universo sempre aumenta.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas.

24- (UFSCAR-SP) 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.

25-(Olimpíada Brasileira de Física) Uma lâmpada é embalada numa caixa fechada e isolada termicamente. Considere que no

interior da lâmpada há vácuo e que o ar dentro da caixa seja um gás ideal. Em certo instante, a lâmpada se quebra. Se desprezarmos o volume e a massa dos componentes da lâmpada (vidro, suporte, filamento, ...) e a variação de energia associada à sua quebra, é incorreto afirmar que:

a) a energia interna do gás permanecerá a mesma após a quebra da lâmpada.

b) a entropia do gás aumentará após a quebra da lâmpada.

c) a temperatura do gás permanecerá a mesma após a quebra da lâmpada.

d) a pressão do gás diminuirá após a quebra da lâmpada.

e) após a quebra da lâmpada, o gás realizará um trabalho positivo para se expandir e ocupar o volume onde anteriormente havia vácuo.

26-(Olimpíada Brasileira de Física) Assinale a seguir a alternativa que não é compatível com a segunda lei da Termodinâmica.

a) A variação de entropia de qualquer sistema que sofre uma transformação termodinâmica é sempre positiva ou nula.

b) A temperatura de zero absoluto é inatingível. 

c) Um refrigerador com a porta aberta jamais conseguirá por si só esfriar uma cozinha fechada. 

d) Nem todo calor produzido no motor a combustão de um automóvel é convertido em trabalho mecânico. 

e) O ar de uma sala de aula jamais se concentrará completa e espontaneamente em uma pequena fração do volume disponível.

27-(UFRN-RN) Observe atentamente o processo físico representado na sequência de figuras a seguir. Considere, para efeito de análise, que a casinha e a bomba constituem um sistema físico fechado. Note que tal processo é iniciado na figura 1 e é concluído

na figura 3. Pode-se afirmar que, no final dessa seqüência, a ordem do sistema é

a) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema diminui.

b) maior que no início e, portanto, durante o processo representado, a entropia do sistema aumentou.

c) menor que no início e, portanto, o processo representado é reversível.

d) menor que no início e, portanto, o processo representado é irreversível.

28-(UNICAMP-SP) Vários textos da coletânea apresentada enfatizam a crescente importância das fontes renováveis de energia. No Brasil, o álcool tem sido largamente empregado em substituição à gasolina. Uma das diferenças entre os motores a álcool e à gasolina é o valor da razão de compressão da mistura ar-combustível. O diagrama a seguir representa o ciclo de combustão de um cilindro de motor a álcool.

Durante a compressão (trecho if) o volume da mistura é reduzido de V_i para V_f. A razão de compressão r é definida como r = V_i/V_f. Valores típicos de r para motores a gasolina e a álcool são, respectivamente, r(g) = 9 e r(a) = 11. A eficiência termodinâmica E de um motor é a razão entre o trabalho realizado num ciclo completo e o calor produzido na combustão. A eficiência termodinâmica é função da razão de compressão e é dada por: E ≈1-1/√r.

a) Quais são as eficiências termodinâmicas dos motores a álcool e à gasolina?

b) A pressão P, o volume V e a temperatura absoluta T de um gás ideal satisfazem a relação (PV)/T = constante.

Encontre a temperatura da mistura ar-álcool após a compressão (ponto f do diagrama). Considere a mistura como um gás ideal.

Dados: √7≈8/3; √9=3; √11≈10/3; √13≈18/5

29-(UFMS-MS) Um refrigerador é uma máquina termodinâmica que pode ser representada pelo diagrama a seguir. Quando o refrigerador está em pleno regime de funcionamento, Q₂representa o calor que é retirado do congelador, enquanto Q₁ representa o calor que é expelido para o ambiente externo, e W é o trabalho realizado sobre essa máquina termodinâmica através de um motor/compressor. A eficiência de refrigeradores é definida como a razão entre o calor Q₂ e o trabalho W, isto é, e = Q₂ / W, tendo valores situados entre 5 e 7. Alguns refrigeradores possuem, no interior do congelador, uma lâmpada L para iluminação, que desliga automaticamente quando se fecha a porta do congelador. Considere um refrigerador com eficiência e constante igual a 5 (cinco), quando em pleno funcionamento, que a lâmpada L, no interior do congelador, possui potência igual a 15 watts, e que toda a sua potência elétrica consumida (15 W), quando está ligada, é convertida em calor. Considere que todos os isolamentos térmicos do refrigerador sejam perfeitos. Com fundamentos na termodinâmica e na eletrodinâmica, assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S).

(01) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, a taxa de calor retirada do congelador, é cinco vezes maior que a taxa de energia elétrica consumida pelo motor.

(02) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, a taxa de calor, expelida para o ambiente, é menor que a taxa de calor retirada do congelador.

(04) Quando o refrigerador está em pleno funcionamento, e se a lâmpada L estiver ligada, para a temperatura do congelador permanecer invariável, a potência elétrica consumida pelo refrigerador será acrescida de um valor maior que 15 W.

(08) Se, desde que ligarmos um refrigerador, deixarmos a porta dele aberta, no interior de uma sala isolada termicamente, a temperatura interna da sala diminuirá enquanto o refrigerador estiver ligado.

(16) Não existe um refrigerador que, em pleno funcionamento, retire calor do congelador, expelindo-o para um ambiente que esteja a uma maior temperatura, sem consumir energia.

Em uma transformação isotérmica, mantida a 127°C, o volume de certa quantidade de gás, inicialmente sob pressão de 2,0 atm, passa de 10 para 20 litros. Considere a constante dos gases R, igual a 0,082 atm.R/mol . K.

30-(PUC-MG) A respeito do que faz um refrigerador, pode-se dizer que:

a) produz frio.                    

b) anula o calor.                    

c) converte calor em frio.                   

d) remove calor de uma região e o transfere a outra.

31-(UNICAMP-SP) 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 5,0.10⁷ J de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7.200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1.227°C. O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5.000 l/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 quente e fria respectivamente, ambas expressas em Kelvin. Considere o calor específico da água c = 4.000 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.

32-(UEL-PR) "Nossa! Carro movido a frango? Como é possível? Empresas de abate de frango estão criando uma tecnologia para produzir biocombustível a partir de gordura animal retirada das carcaças dos frangos. A produção do biodiesel também gera

 resíduos, como a glicerina, que é reaproveitada, colocando-a na caldeira da fábrica de subprodutos para queimar juntamente com a lenha.

O biodiesel é obtido a partir de gorduras e álcool e essa reação de transesterificação é favorecida na presença de substâncias alcalinas. Um exemplo do processo de transesterificação é representado pela equação química não balanceada a seguir.

Dados: massas molares (g/mol): H = 1,00; C = 12,0; O = 16,0. Considerar lenha como celulose, cuja fórmula empírica é (C₆H₁₀O₅)n.

O rendimento ou eficiência de uma máquina térmica ideal é calculado por meio da equação:

η = (T_quente – T_frio)/T_quente.

Onde T_quente e T_fria representam as temperaturas mais alta (combustão) e mais baixa (próxima à temperatura ambiente) de um motor térmico em um ciclo fechado e são expressas em unidades Kelvin.

Em relação a um motor preparado para usar tanto o óleo diesel convencional quanto o óleo diesel feito com gordura de frango (biodiesel) conforme se lê no texto, considere as afirmativas.

I - A temperatura mais alta a que está submetido o motor será igual à da fervura da gordura de frango, que é muito menor do que a temperatura do óleo diesel convencional e, portanto, com um rendimento maior.

II - A equação apresentada descreve o rendimento de uma máquina ideal, podendo ser utilizada para analisar o rendimento de máquinas reais.

III - O rendimento de um motor independe do tipo de combustível usado; depende apenas das temperaturas mais alta e mais baixa a que está submetido.

IV - O rendimento de qualquer máquina térmica, que pode ser calculado pela equação apresentada no enunciado, é inferior a 100%.

Assinale a alternativa CORRETA.

a) Somente as afirmativas I e III são corretas.                       

b) Somente as afirmativas II e IV são corretas.

c) Somente as afirmativas II e IV são corretas.                     

d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas.

e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

33-(PUC-SP) Um automóvel com motor 1.0 (volume de 1,0 litro), conhecido pelo seu menor consumo de combustível, operacom pressão média de 8 atm e 3300 rpm (rotações por minuto), quando movido a gasolina. O rendimento desse motor, que consome, nestas condições, 4,0 g/s (gramas por segundo) de combustível, é de aproximadamente

a) 18%                           

b) 21%                            

c) 25%                               

d) 27%                              

e) 30%

34-(UEL-PR) 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.

35-(UEL-PR) 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.

36-(UEPG-GO) A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto.

01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 

02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 

04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 

08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 

16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula.  

37-(ITA-SP) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado no diagrama T-S da figura.

Pode-se afirmar que

a) processo JK corresponde a uma compressão isotérmica.  

b) o trabalho realizado pela máquina em um ciclo é W = (T₂ – T₁)(S₂ – S₁).  

c) o rendimento da maquina é dado por η= 1 – T₂/T₁.  

d) durante o processo LM, uma quantidade de calor Q_LM = T₁(S₂ – S₁) é absorvida pelo sistema.  

e) outra máquina térmica que opere entre T₂ e T₁ poderia eventualmente possuir um rendimento maior que a desta.  

38-(PUC-RS) Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T₂/T₁ 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 T₁ e T₂, com T₁ maior do que T₂ 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 T₁.

Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T₂/T₁ diminui,

a) alcançando 100% quando T₂ vale 0ºC.                             b) alcançando 100% quando T₁é muito maior do que T₂. 

c) alcançando 100% quando a diferença entre T₁ e T₂ é muito pequena.      d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal. 

e) mas nunca alcança 100%. 

39-(UFAL) 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                                   

c) 227 ºC                           

d) 277 ºC                                 

e) 377 ºC 

40-(UEPG-PR) 

A termodinâmica pode ser definida como uma ciência experimental baseada em um pequeno número de princípios (leis da termodinâmica), que são generalizações feitas a partir da experiência. Sobre as leis da termodinâmica, assinale o que for correto.

01) Nenhuma máquina térmica pode apresentar um rendimento superior ao de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. 

02) A 1a lei da termodinâmica é uma afirmação do princípio geral da conservação da energia. 

04) A 2a lei da termodinâmica afirma que é indiferente transformar integralmente calor em trabalho ou trabalho em calor. 

08) Parcela da energia envolvida em um processo irreversível torna-se indisponível para a realização de trabalho. 

16) Em um processo cíclico a energia interna do sistema apresenta variação nula. 

41-(CEFET-MG) 

Um processo cíclico de Carnot possui um rendimento de 50%.

Uma máquina real, que opera sob as mesmas condições térmicas desse ciclo, apresentará um rendimento térmico r, tal que

a) r  50%.                        

b) r = 50%.                                

c) r > 50%.                                       

d) r < 50%. 

42-(UFU-MG)

Em relação à Primeira e à Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar que:

a) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica não é violada porque o sistema não está isolado. 

b) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada, uma vez que esse é um sistema isolado. 

c) Na expansão adiabática de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho e, considerando que esse não é um sistema isolado, pode-se afirmar que a segunda lei da termodinâmica é violada. 

d) Na expansão isotérmica de um gás ideal monoatômico, a temperatura permanece constante e, de acordo com a segunda lei da termodinâmica, a variação da energia é nula. Desse modo, o calor absorvido é convertido completamente em trabalho. Entretanto, pode-se afirmar que a primeira lei da termodinâmica não é violada, porque o sistema não está isolado. 

43-(UFBA-BA)

Praticamente todos os veículos automotivos são movidos por alguma versão de motor de combustão interna de quatro tempos, patenteado por Nikolaus Otto em 1876. O motor de quatro tempos

comprime uma mistura de ar-combustível que explode na presença de uma faísca, criando uma fonte de calor intensa, mas transitória. Embora a busca por combustíveis mais eficientes e menos agressivos ao meio ambiente tenha se intensificado desde o final do século passado, a combustão de uma mistura ar-vapor de gasolina ainda é a reação mais utilizada para mover os veículos em todo o mundo.

(MOYERR, 2009, p. 78).

Uma análise de aspectos envolvidos no funcionamento de motores de quatro tempos permite afirmar:

01) O motor de combustão interna de quatro tempos opera segundo o ciclo de Carnot, no qual um fluido de trabalho sofre duas transformações adiabáticas alternadas de duas transformações isotérmicas, proporcionando rendimento máximo igual a um. 

02) O conteúdo energético dos reagentes é maior do que o dos produtos, nas reações que ocorrem nas câmaras de combustão dos motores. 

04) A combinação de força e velocidade, obtida por meio de engrenagens nos carros movidos a gasolina, independe da potência do carro. 

08) O calor de combustão da reação que ocorre nos motores é fornecido pela faísca elétrica que provoca a explosão da mistura combustível. 

16) A queima de combustíveis derivados do petróleo libera energia, que é proveniente da biomassa construída em processos energéticos e preservada ao longo do tempo geológico. 

32) A interferência do motor de combustão interna na estabilidade do clima decorre do efeito destrutivo dos gases liberados sobre a camada de ozônio. 

64) A energia liberada na combustão total de gás metano, um substituto da gasolina, em um motor, é  maior do que 520kJ/mol, se observadas as informações expressas na equação termoquímica

44-(UFBA-BA) 

A tecnologia é o eixo comum que perpassa todas as dimensões. Em um mundo que, a cada dia, nos confunde mais, onde é difícil se dizer o que é real, o que é ficção ou o que é virtual, fica muito mais complexo definirmos um conceito para esclarecê-la de forma objetiva. (MARTINS, 2010).

A aplicação tecnológica de uma descoberta científica pode levar muito tempo. Assim, por exemplo, da descoberta da penicilina decorreram quase 30 anos; da energia nuclear, 26 anos; da cópia Xerox, 15 anos. (FELTRE, 2004, p. 67).

Considerando-se que a vida em uma sociedade tecnológica condiciona o ser humano a ampliar os limites das ciências na busca de um espaço comum, a análise da construção do conhecimento científico e sua aplicação às diversas atividades humanas permite afirmar:

01) A elaboração de uma teoria é um processo dinâmico que envolve novos conhecimentos construídos ao longo da História, como se configura no neodarwinismo. 

02) A constatação de que “mantendo-se a temperatura absoluta constante, os volumes dos gases são inversamente proporcionais às pressões que suportam” resume a Teoria Geral dos Gases. 

04) Os hiatos entre as descobertas científicas e suas aplicações são causados pela falta de comunicação entre os componentes da comunidade científica. 

08) A máquina a vapor que impulsionou a Revolução Industrial está alicerçada na segunda lei da termodinâmica, porque possibilita a transformação integral de calor em trabalho útil. 

16) As fibras ópticas utilizadas na medicina apresentam a razão entre o índice de refração do núcleo e o índice de refração do revestimento maior que um, o que possibilita o transporte de informações. 

32) Pasteur, ao manter estéril os líquidos contidos nos famosos frascos de pescoço de cisne — em experimento clássico sobre biogênese —, contribuiu para o desenvolvimento de técnicas para a conservação de alimentos. 

45-(ITA-SP) 

A inversão temporal de qual dos processos abaixo NÃO violaria a segunda lei de termodinâmica?

a) A queda de um objeto de uma altura Η e subsequente parada no chão. 

b) O movimento de um satélite ao redor da Terra. 

c) A freada brusca de um carro em alta velocidade.  

d) O esfriamento de um objeto quente num banho de água fria.  

e) A troca de matéria entre as duas estrelas de um sistema binário.

46- (UFG-GO)

A figura a seguir representa o ciclo de Otto para motores a combustão interna. Nesse tipo de motor, a vela de ignição gera uma faísca que causa a combustão de uma mistura gasosa. Considere que a faísca seja suficientemente rápida, de modo que o movimento do pistão possa ser desprezado.

A faísca e a liberação dos gases pelo escapamento ocorrem, respectivamente, nos pontos

(A) A e C.                    

(B) B e A.                        

(C) D e A.                          

(D) D e B.                         

(E) O e C.

47-(AFA)

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 conseqüente 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.

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

48-(ENEM-MEC) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar.

Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:

a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.       

b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.

c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.

d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.

e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

Resolução comentada dos exercícios de vestibulares sobre a

Segunda Lei da Termodinâmica

01- η=1 – 36/45  ---  η= 1 -  0,8  ---  η=0,2=20%

02- a) η = 1 – T₁/T= 1 – (0 + 273)/(100 + 273)  ---  η = 1 – 273/373=(373 – 273)/373  ---  η =0,268 ou η = 26,8%

b) η = 1 – Q₁/Q  ---  0,268= 1 – Q₁/1.000  ---  Q₁=732cal

03- η = 1 – T₁/T  ---  0,25= 1 – (27 + 273)/T  ---  0,75=300/T  ---  T=300/0,75  --- T=400K=127^oC

04- η = 1- 275/300  ---  η = 25/300  ---  η = 0,08  ---  η = 8%

05- R- V V V V V  ---  veja teoria

06- R- D  ---  veja teoria 

07-  η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500  ---  η=1 – 0,4=0,6  ---  R- E

08- (01) Falsa  ---  veja teoria

(02) Correta  ---  veja teoria

(04) Falsa  ---  veja teoria

(08) Verdadeira  ---  o rendimento da máquina de Carnot é função exclusiva das temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a máquina térmica funcionar.

(16) Verdadeira  ---  veja teoria

R- (02+08+16) = 26

09- 01. Falsa  ---  o ciclo de Carnot indica um rendimento máximo, mas menor que 100%.

02. Verdadeira  ---  η= 1 – (273 + 7)/(273 + 37)= 1 – 0,9  ---  η=90%  ---  20%<η

04. Verdadeira  ---  a água apresenta densidade máxima a 4^oC.

08. Verdadeira  ---  veja teoria.

16. Falsa  ---  não viola o princípio da conservação da energia.

R-  (02 + 04 + 08)=14

10- W=Q₁ – │Q₂│=3,0.10⁴J  ---  η = W/Q₁  ---  0,6=3,0.10⁴/Q₁  ---  Q₁=5,0.10⁴J  ---  Q₁– │Q₂│=3,0.10⁴J  ---  5,0.10⁴ – │Q₂│= 3,0.10⁴  ---  │Q₂│= 2,0.10⁴J  ---  primeira lei da termodinâmica  ---  ΔQ=W  ---  ΔU=ΔQ – W  ---  ΔU=3,0.10⁴ – 3,0.10⁴  ---  ΔU=0  --- R- D

11- W= Q₁ – Q₂  ---  800=4.000 – Q₂  ---  Q₂=3.200J  ---  η = 1 – Q₂/Q₁  ---  η = 1 – 3.200/4.000  ---  η = 1,0 – 0,8  ---  η = 0,2  --- 

η = 1 – T₂/T₁  ---  0,2= 1 – 300/T₁  ---  T₁=300/0,8  ---  T₁= 375K  ---  R- A

12- I. Correta  ---  os espaços vazios entre as prateleiras facilitam as correntes de convecção.

II. Falsa  ---  a massa de gelo corresponde a um isolante térmico evitando que o congelador retire calor do interior da geladeira.

III. Correta  ---  o calor retirado do interior da geladeira deve sair pela “grade”.

R- D

13- R- E  ---  veja teoria

14- Com T₁=500K e T₂=250K, o rendimento máximo dessa máquina valeria  ---  η = 1 – T₂/T₁=1 – 250/500  ---  η = 0,5  ---  se o trabalho produzido por essa máquina fosse W=0,75Q₁ e o calor rejeitado fosse Q₂=0,25Q₁, o rendimento dessa máquina seria  ---  η = Q₁ – Q₂/Q₁  ---  η = W/Q₁=0,75Q₁/Q₁  ---  η =0,75  ---  esse rendimento é impossível, pois é maior que o rendimento de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas fontes  --- R- A

15- No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente  ---  observe que como a compressão é muito rápida, não ocorre trocas de calor com o meio, portanto o processo é adiabático  ---  R- B

16- η = 1 – X/400  ---  1= 1 – X/400  ---  0=T/400  ---  T=0K  ---  R- D  ---  Observação  ---   para o rendimento ser de 100% a temperatura da fonte fria deveria ser a temperatura absoluta 0K (-273^oC), o que, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica não pode ocorrer  ---  veja teoria de entropia.

17- I. Falsa  ---  temperatura é um número associado ao nível de vibração das moléculas.

II. Verdadeira  ---  veja teoria

III. Verdadeira  ---  adiabática  ---  Q=0  ---  ΔU=Q – W  ---  ΔU= 0 – W  ---  ΔU=-W  ---  observe que numa expansão  ---  W>0 e, consequentemente ΔU<0.

IV. Falsa  ---  você pode comprimi-lo isotermicamente que sua temperatura aumenta.

R- D

18- a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura constante  ---  Transformação adiabática: ocorre sem quem haja trocas de calor

b) η=1 – 400/800=1 – ½  ---  η=0,5=50%

c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa porcentagem é transformada em trabalho  ---  W=500J

19- η=30/100=0,3  ---  η = 1 – T₂/T₁  ---  0,3= 1 – T₂/T₁  ---  T₁=T₂/0,7  ---  T’=2T₁  ---  T’=2T₂/0,7  ---  T’=T₂/0,35  ---  η’=1 – T₂/T₁  ---  η’= 1 – T₂/(T₂/0,35)  ---  η’=1 – 0,35  ---  η’=0,65  ---  R- E   

20- Cálculo do máximo rendimento dessa máquina  ---  η = 1 – 300/500  ---  η=1,0 – 0,6  ---  η = 0,4=40%  ---  nenhuma das máquinas pode ter rendimento superior a 0,4  --- A  --- η =10.000/10.000  ---  η=1 (não pode, superior a 0,4)  ---  B  ---  η=6.000/12.000  ---  η=0,5 (não pode, superior a 0,4)  ---  C  ---  η=3.000/8.000  ---  η=0,375  ---  (pode, inferior a 0,4)  ---  R- C

21- I. Verdadeira  ---  veja teoria

II. Falsa  ---  como no decorrer do ciclo a temperatura varia, energia interna também variará

III. Falsa  --- é impossível transformar todo calor recebido em trabalho

R- A

22- R- C  ---  veja teoria

23- 01. Correta  ---  compressão rápida é adiabática (não troca calor com o ambiente)  ---  Q=0  ---  ΔU=Q – W  ---  ΔU= -W  ---  na compressão o volume diminui e o W é negativo  ---  ΔU= - (-W)  ---  ΔU > 0.

02. Falsa  ---  duas isotérmicas e duas adiabáticas.

04. Falsa  ---  depende também da temperatura da fonte fria.

08. Correta  ---  veja teoria

16. Correta  ---  veja teoria

R- (01 + 08 + 16)=25

24- Temperatura está associada ao numero que mede o movimento oscilatório das moléculas  ---  no compartimento das mais velozes, a temperatura é maior e no das mais lentas, a temperatura é maior  ---  R- A

25- R- E  ---  sempre que o gás se expande, seu volume ao aumentar, produz trabalho positivo.

26- R- A  ---  O Segundo Princípio da Termodinâmica que um sistema isolado tende a evoluir no sentido de aumentar a entropia.

27- Como a entropia refere-se à desordem do sistema, a entropia diminui  ---  R- A

28- a) Utilizando a equação  ---  E_a≈1 – 1/√r_a  ---  E_a=1 – 1/√11=1 – 1/(10/3)  ---  E_a=1 – 3/10  ---  E_a=0,7=70%  ---  E_g≈1 – 1/√r_g  ---  E_g=1 – 1/√9=1 – 1/3  ---  E_g=2/3  --- E_g=0,67=67%

b) P_fV_f/T_f= P_iV_i/T_i  --- 30.36/T_f=1.400/300  ---  T_f=810K

29- R- (01 + 04 + 16) = 21

30- R- D  ---  veja teoria

31-

32- I. Falsa  ---  A maior temperatura obtida por uma máquina (motor) térmica é a da combustão, que é a temperatura onde acontece a reação química do carboidrato com o oxigênio do ar, resultando em gás carbônico e água, sem relação nenhuma com a temperatura de fervura.

II. Correta  ---  esta equação é a que fornece o rendimento de uma máquina térmica ideal e pode ser utilizada para análise de rendimento de máquinas reais.

III. Correta  ---  Carnot  ---  “O rendimento de uma máquina térmica não depende do tipo de combustível utilizado, dependendo apenas da temperatura da fonte quente (mais alta) e da fonte fria (mais baixa)”

IV. Correta  ---  Não existe máquina térmica com rendimento de 100%, que consiga transformar integralmente calor em trabalho.

R- E

33-

R- C

34-  I. Correta  ---  O refrigerador é uma máquina térmica que transfere calor da fonte fria para a fonte quente.

II. Correta  ---  O refrigerador é uma máquina térmica que usa um líquido refrigerante com processos de condensação e vaporização.

III. Falsa  ---  quanto maior o calor latente de vaporização do líquido refrigerante, menor é o trabalho realizado pelo refrigerador.

IV. Correta  ---  O processo de refrigeração realiza trabalho por meio de um compressor que mantém a circulação do fluido refrigerante, retirando calor da fonte fria e transferindo-o para a fonte quente.

R- D

35- 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  ---  R- D

36- (01) Correta.

(02) Correta.

(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar integralmente calor em trabalho.

(08) Correta.

(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. 

R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27

37- No ciclo temos as seguintes transformações:

JK  ---   expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema recebe calor e realiza trabalho;

KL  ---   resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar a entropia, logo não há troca de calor;

LM  ---   compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema perde calor e recebe trabalho;

MJ  ---   aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem variar a entropia  ---  observe que se trata de um ciclo de Carnot, com rendimento  ---  η=1 – T₁/T₂   ---  Calculo do trabalho realizado no ciclo, lembrando que a variação da entropia é  ---  ΔS=Q/T, onde Q é o calor trocado na transformação  ---  a transformação JK é isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula  ---   da 1ª lei da termodinâmica ()  ---  0 = Q_JK – W_JK  ---   W_JK = Q_JK. (equação 1)  ---  DS_JK= Q_JK/T₂  ---  Q_JK=(S_J – S_K).T₂  ---  Q_JK = (S₂ – S₁)T₂   ---  substituindo nessa expressão a equação (1)  ---  W_JK = (S₂ – S₁)T₂  ---  seguindo esse mesmo raciocínio para a transformação LM, que também é isotérmica, mas com compressão  ---  W_LM = (S₁ – S₂)T₁ Þ  W_LM = –(S₂ – S₁)T₁  ---  nas transformações KL e MJ o sistema não troca calor  ---  novamente, pela 1ª lei da termodinâmica  ---  DU_KL = – W_KL  e  DU_MJ = –W_MJ  ---   como DU_MJ = – DU_KL Þ W_MJ = – W_KL  ---  o trabalho no ciclo é o somatório desses trabalhos  ---  W_ciclo = W_JK + W_KL + W_LM + W_MJ  ---  W_ciclo = (S₂ – S₁)T₂ + W_KL – (S₂ – S₁)T₁ – W_KL  ---  W_ciclo = (S₂ – S₁)T₂ – (S₂ – S₁)T₁  ---  W_ciclo = (S₂ – S₁) (T₂ – T₁).  

R- B

38- A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em ciclos entre uma fonte quente, à temperatura T₁, e uma fonte fria, à temperatura T₂, 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/T₁  fosse nula, ou seja  ---  T₂/T₁=0  ---  T₂=0  ---  a fonte fria teria que estar a 0 K, o que é um absurdo  ---  portanto o rendimento r é sempre menor que 100%.  

R- E

39- Dados: T₁ = 27 °C = 300 K; Q₁ = 40 kJ; W = 10 kJ.

O rendimento (h) desse motor é  ---  η=W/Q₁=10/40  ---  η=0,25=25%  ---  aplicando esse rendimento ao ciclo de Carnot  --- 

h = 1 –   ---    h   ---   T₁ =   ---    T₁ = K  ---    T₁ = 400 – 273  ---   T₁ = 127 °C.    

R- A

40- (01) Correta.

(02) Correta.

(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar integralmente calor em trabalho.

(08) Correta.

(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial.

R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27

41- A termodinâmica estabelece que nenhuma máquina operando em ciclos fornece rendimento maior que a máquina ideal de Carnot.Portanto, r < 50%  ---  R- D

42- Se a expansão é isotérmica a energia interna não varia. Sendo o sistema não termicamente isolado, todo calor recebido pelo gás é transformado em trabalho  ---  R- A

43- Respostas das questões de física:

01. Falsa  ---  O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o máximo rendimento que uma máquina térmica poderia fornecer  ---  na prática, nenhum motor opera segundo esse ciclo.

04. Falsa  ---  a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da potência (P), pois  ---  P = F.V

08. Falsa  ---  o calor de combustão é fornecido pela queima do combustível  ---  a faísca é somente para iniciar a combustão.

16. Correta.   

R- (02 + 16 + 64) = 82

44- 01. Resposta de Biologia. O neodarwinismo é a síntese entre a teoria darwinista (séc. XIX) e os conhecimentos de genética (séc. XX).

02. Resposta de Física  ---  Falsa  ---  a equação geral dos gases, afirma que, para uma amostra de gás ideal confinada num recipiente, vale a relação  ---  PV=nRT  ---  através dessa expressão você observa que a teoria geral dos gases ideais é assim resumida: “o produto pressão (P) x volume (V) é diretamente proporcional à temperatura absoluta (T) do gás.”  ---  existe uma única exceção que ocorre numa transformação isotérmica onde a temperatura absoluta é constante e P.V=K e, nesse caso a pressão e o volume são inversamente proporcionais  ---  mas trata-se apenas de um caso particular.

04. Resposta de Física  ---  Falsa  ---  a falta de comunicação entre os componentes da comunidade científica é apenas um dos entraves  ---  existem outros fatores, como por exemplo, falta de investimentos nessas novas tecnologias, dificuldades técnicas na construção de equipamentos para elaboração dos produtos em escala comercial  ---  tecnologia exige tecnologia.

08) Resposta de Física  ---  falsa  ---  a segunda lei da termodinâmica afirma exatamente o contrário: é impossível transformar integralmente calor em trabalho.

16. Resposta de Física  ---  Correta  ---  o transporte de informações através de fibras ópticas é feito por reflexão total no interior da fibra  ---  esse fenômeno só é possível quando o sentido de propagação da luz é do meio mais refringente (núcleo) para o meio menos refringente (revestimento), como indicado na figura abaixo.

32. Resposta de Biologia  ---  a conservação dos alimentos impõe a eliminação ou redução da ação de microrganismos decompositores ou patogênicos como bactérias, fungos e algas  ---  os trabalhos de Pasteur contribuíram para o desenvolvimento de técnicas de conservação dos alimentos. 

R- (01 + 16 + 32) = 49.

45- A segunda lei da termodinâmica envolve a transformação de calor em trabalho  ---  dos processos dados, o único que não envolve realização de trabalho é o movimento de um satélite em órbita, pois se trata de um sistema conservativo, já que ocorre no vácuo, não havendo atrito com o ar e consequentemente não provocando calor  ---  assim, não há transformação de calor em trabalho ou vice-versa, não violando, portanto, a segunda lei da termodinâmica, qualquer que seja o sentido de giro do satélite. 

R- B

46- Observe as figuras e as explicações abaixo  ---  o primeiro tempo refere-se à admissão, a mistura entra e o gás se expande

isobáricamemte (trecho OA)  ---  o segundo tempo refere-se à compressão (trecho AD)  ---  o terceiro tempo refere-se à combustão, cujo início ocorre devido à faísca elétrica (trecho DC)  ---  o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da qual os gases são expelidos (trecho CB)  ---  a faísca ocorre no início do trecho DC, em C e a liberação dos gases no final do trecho CB, em B  ---  R- D

 47- I- Falsa  --- máquinas térmicas – qualquer dispositivo capaz de transformar a energia interna de um combustível em energia mecânica  ---  também pode ser definida como o dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho.

II. Correta  ---  enunciado de Clausius  ---  não é possível um processo cujo único resultado seja a transferência de calor de um corpo de menor temperatura a outro de maior temperatura  ---  para que isso ocorra é preciso realizar trabalho  ---   as máquinas frigoríficas não contrariam o enunciado da segunda lei da Termodinâmica, que a referida passagem não é espontânea, ocorrendo à custa de um trabalho externo. No refrigerador das geladeiras comuns existe um líquido refrigerante (freon, tetrafluoretano, etc,), que, ao sofrer expansão passa do estado líquido ao estado gasoso, que abaixa a temperatura na serpentina interna (congelador).

III. Falsa  ---  contraria o segundo princípio da termodinâmica que pode ser definido como: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”.

IV- Correta  ---  Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela máquina de Carnot, idealizada pelo engenheiro francês Carnot e que tem funcionamento apenas teórico  ---  funcionando entre duas transformações isotérmicas e duas adiabáticas alternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio externo (fonte fria)  ---  o rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte fria pode ter (mas o rendimento nunca chega a 100%).

R- D

48- Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”  --- sempre haverá energia dissipada pelo motor  ---   R- C.