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Exercícios sobre Termodinâmica

As leis da Termodinâmica tratam da conservação da energia e do funcionamento das máquinas térmicas. Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre o assunto.

  • Questão 1

    Certa máquina térmica recebe 500 J de calor e realiza um trabalho de 125 cal. Sendo 1 cal = 4 J, marque a alternativa correta.

    a) Essa máquina contraria a primeira lei da Termodinâmica.

    b) A máquina não contraria a segunda lei da Termodinâmica.

    c) O rendimento dessa máquina é de 25%.

    d) A máquina não contraria a primeira lei da Termodinâmica, que trata sobre a conservação da energia.

    e) Como o rendimento da máquina é de 25%, podemos afirmar que ela não contraria a primeira lei da Termodinâmica.

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  • Questão 2

    (ITA) 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 máquina 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.

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  • Questão 3

    (UNAMA) Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa temperatura está a 7,0°C apresenta um rendimento de 30%. A variação de temperatura, em Kelvin, da fonte quente a fim de aumentarmos seu rendimento para 50% será de:

    a) 400

    b) 280

    c) 160

    d) 560

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  • Questão 4

    A respeito da primeira lei da Termodinâmica, marque a alternativa incorreta:

    a) Em uma transformação isotérmica, a variação da energia interna é nula.

    b) A primeira lei da Termodinâmica trata da conservação da energia.

    c) Em uma transformação isocórica, não haverá realização de trabalho.

    d) Em uma transformação adiabática, o trabalho será realizado pelo gás quando a variação da energia interna é positiva.

    e) A primeira lei da Termodinâmica diz que o calor fornecido a um gás é igual à soma do trabalho realizado pelo gás e a sua variação da energia interna.

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Respostas

  • Resposta Questão 1

    LETRA “D”

    O trabalho de 125 cal corresponde a 500 J (125 cal x 4J = 500 J), logo, toda a energia recebida pela máquina é convertida em trabalho. Isso não contraria a primeira lei da Termodinâmica, que prevê esse tipo de situação para uma transformação isotérmica, mas contraria a segunda lei, pois é impossível haver máquinas térmicas com rendimento igual a 100%.

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  • Resposta Questão 2

    LETRA “B”

    O gráfico dado na questão é de temperatura versus entropia e mostra um ciclo no sentido horário operado por uma máquina térmica. Sendo assim, podemos analisar cada uma das alternativas:

    A) ERRADO: No processo JK, ocorre aumento de entropia, o que indica que o sistema recebeu calor.

    B) CORRETO: Em um ciclo, o trabalho é dado pela área do gráfico.

    c) ERRADO: Nesse caso, teríamos η = 1 – T1/T2.

    d) ERRADO: Durante o processo LM, há diminuição de entropia, o que indica perda de calor.

    e) ERRADO: Outra máquina operando sob o mesmo ciclo realizaria o mesmo trabalho.

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  • Resposta Questão 3

    LETRA “C”

    Sendo 7,0 °C a temperatura da fonte fria e aplicando o rendimento de Carnot para o rendimento de 30%, teremos:

    T2 = 7 °C = 7+273 = 280 K

    η = 1 – T2/T1.

    0,3 = 1 – 280/T1

    280/T1 = 1 – 0,3

    280/T1 = 0,7

    T1 = 280 ÷ 0,7

    T1 = 400 K

    Para o rendimento de 50%, mantendo a mesma temperatura da fonte fria, teremos:

    η = 1 – T2/T1

    0,5 = 1 – 280/T1

    280/T1 = 1 – 0,5

    280/T1 = 0,5

    T1 = 280 ÷ 0,5

    T1 = 560 K

    A variação da temperatura da fonte quente necessária para que o rendimento aumente de 30% para 50% é de 160 K.

    560 – 400 = 160 K

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  • Resposta Questão 4

    LETRA “D”

    Em uma transformação adiabática, não há calor fornecido para o gás, logo, a partir da primeira lei da Termodinâmica, temos:

    Q = τ + ΔU

    0 = τ + ΔU

    O trabalho realizado pelo gás é positivo, logo:

    τ = - ΔU

    Para que o trabalho seja realizado pelo gás na transformação adiabática, a variação da energia interna deve ser negativa.

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