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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 sobre 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 “E”

De acordo com a primeira lei da Termodinâmica, temos:

Q = τ + ΔU

Portanto, a quantidade de calor fornecida a um gás é igual a soma do trabalho realizado pelo gás (τ > 0) e a variação da energia interna.

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