Segunda lei da Termodinâmica – Resolução
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, 100oC e 0oC. 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 27oC.
Calcule a temperatura da fonte quente.
04-(FGV-SP) Sendo 27oC a temperatura da água do mar na superfície e de 2oC 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 320oC. 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 TQ = 400 K (fontequente)e TF = 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 (THpara a fonte quente e TCpara 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 TH= 800 K e TC= 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 Vi para Vf. A razão de compressão r é definida como r = Vi/Vf. 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 = (Tquente – Tfrio)/Tquente.
Onde Tquente e Tfria 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 QLM = 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, TC, e Kelvin, TK, se relacionam através da expressão TC = TK − 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.