Questões de Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas para Concurso

A segunda Lei da Termodinâmica permite determinar o funcionamento de máquinas térmicas e refrigeradores, abordando as restrições nos processos termodinâmicos. A grandeza física associada à segunda Lei da Termodinâmica é denominada:

Durante as aulas de física de uma escola de ensino médio, um professor propôs que os alunos desenvolvessem uma máquina térmica teórica operando em ciclos com temperaturas das fontes térmicas iguais a –73°C e 427°C. O maior rendimento possível da máquina teórica deverá estar compreendido entre:

Uma máquina de Carnot opera nas temperaturas máxima de 307 ºC e mínima de 75 º C. Nessas condições, o calor rejeitado é de 102 J. A temperatura de fusão da água é 0°C (273 K) e a temperatura de ebulição da água 100 °C (373 K). Uma máquina real, operando com a mesma quantidade de calor fornecido pela fonte quente, apresenta rendimento de 30 %. Para essa situação, o calor rejeitado será de:

Referente às Leis da Termodinâmica, identifique a assertiva correta:

Na tentativa de reproduzir a experiência de Carnot, um jovem pesquisador construiu uma máquina térmica de 4 estágios, utilizando como agente 2,0 moles de um gás ideal. Considerando que no primeiro estágio o gás absorve uma quantidade de calor Q₁ = 10,56 KJ e sofre uma expansão isotérmica reversível à temperatura T₁ = 27°C, passando do volume V_a para V_b, à custa de uma redução de pressão p_b < p_a, a razão entre os volumes final V_b e inicial V_a é:

Considere a constante universal dos gases R = 8 J/mol K e e^1,1 = 3,0

Considere os seguintes dados referentes a duas máquinas de Carnot, M1 e M2, que operam entre dois reservatórios:

Máquina de Carnot	Temperatura da fonte quente	Temperatura da fonte fria
M1	300 °C	100 °C
M2	300 K	100 K

O rendimento de M1 e M2 são, respectivamente, iguais a

Analise a seguinte frase: “A entropia do universo aumenta em um processo espontâneo e mantém se invariável em um processo de equilíbrio”

Esta frase corresponde a:

A Termodinâmica estuda a relação existente entre calor e trabalho mecânico realizado pelo sistema gasoso. É a Termodinâmica que vai dar o ponto de partida a um equipamento que chamamos de Máquina Térmica. Este equipamento funciona num chamado ciclo termodinâmico, cuja análise nos informa, entre outras coisas, o rendimento. O francês Sadi Carnot (1796 – 1832) desenvolveu um ciclo que, teoricamente, alcançaria o rendimento máximo de uma máquina térmica. Este ciclo é chamado de Ciclo de Carnot, o qual é constituído de:

A segunda Lei da Termodinâmica afirma que, “para qualquer processo espontâneo, a entropia de um sistema pode apenas aumentar ou permanecer igual, mas nunca diminuir”. Analise as afirmações a seguir:

I O calor pode fluir espontaneamente de uma fonte fria para uma fonte quente.

II O calor pode fluir espontaneamente somente de uma fonte quente para um sorvedouro frio.

III Nenhuma máquina térmica que utiliza o calor de uma fonte quente e converte toda essa energia em trabalho útil pode ser construída.

IV É possível construir uma máquina térmica com 100% de eficiência.

V Não é possível fazer o calor fluir de uma fonte fria para uma fonte quente utilizando um trabalho externo.

De acordo com o enunciado da segunda Lei da Termodinâmica, está correto o que se afirma em

A 2^a Lei da Termodinâmica implica na impossibilidade de as pirâmides de energia serem invertidas devido à

Um aluno da engenharia mecânica diz ter desenvolvido uma máquina térmica que, operando entre uma fonte quente e uma fonte fria, com temperaturas de 127 °C e 27 °C, respectivamente, consegue, em cada ciclo, realizar uma quantidade de trabalho equivalente a 78% do calor absorvido da fonte quente. De acordo com as leis da termodinâmica, o aluno realmente conseguiu desenvolver tal máquina?

Uma máquina térmica tem a potência de 2.550 W, rendimento de 30% e opera a 10 ciclos por segundo. Qual é o trabalho efetuado, em Joules (𝐽), em cada ciclo?

A entropia mede o grau de desorganização do meio e pode ser usada também para correlacionar um tipo de transformação com a irreversibilidade do processo. Sobre a entropia, analise as afirmativas a seguir e assinale (V) para a verdadeira e (F) para a falsa.

( ) A entropia é usada para determinar se um processo é espontâneo ou não, enquanto a primeira lei da termodinâmica diz se ele pode acontecer ou não.
( ) A variação de entropia de um sistema isolado que pode evoluir espontaneamente nunca é menor que zero, levando o sistema a evoluir para o equilíbrio onde a entropia é máxima.
( ) A variação de entropia para um processo reversível é calculada como função do calor trocado (Q) e da temperatura do sistema (T).
( ) A entropia explica a espontaneidade do derretimento de uma pedra de gelo, que ocorre para quaisquer condições do meio. 

As afirmativas são, respectivamente,

O primeiro princípio da Termodinâmica estabelece que, se um sistema gasoso recebe uma quantidade de calor (Q) do meio externo, essa energia pode ser armazenada no sistema, aumentando sua energia interna ( U), e/ou pode ser utilizada na realização de trabalho (W).

Com base nesse princípio, em uma transformação

Nenhum sistema pode realizar qualquer processo cíclico cujo único efeito seja retirar, por calor, certa quantidade de energia de um reservatório térmico com temperatura baixa e ceder, também por calor, igual quantidade de energia a um reservatório térmico com temperatura alta.

O texto refere-se a:

A figura representa o gráfico da pressão versus a temperatura do processo cíclico ABCA sofrido por um gás ideal monoatômico.




O gráfico pressão versus volume equivalente as transformações ABCA é:

Considere o ciclo termodinâmico teórico apresentado no diagrama PV, da Figura 4, no qual um mol de um gás monoatômico ideal está contido em um cilindro com pistão. O ciclo é composto por quatro etapas distintas: uma expansão isobárica (A ➝ B); uma expansão isotérmica (B ➝ C) à temperatura de 562,5 K; uma transformação isocórica (C ➝ D); uma compressão isotérmica (D ➝ A) à temperatura de 300 K. Para efeitos de cálculo, utilize a constante dos gases ideais R = 8 J/(mol · K) e In 1,5 × 105 ≅ 12. 

Considerando a situação apresentada na Figura 4, analise as seguintes assertivas:

I. O volume do gás no estado A é de 1,6 × 10⁻² m³.

II. A pressão do gás no estado C é de 10³ Pa.

III. O trabalho realizado pelo gás no processo B ➙ C é de aproximadamente 54 kJ.

IV. O trabalho realizado pelo gás no processo A ➙ B é de 210 J.

Quais estão corretas?

Considere um recipiente contendo um gás ideal em equilíbrio termodinâmico. O gás passa por uma expansão isotérmica reversível, na qual ocorre uma transferência de calor do ambiente. Como se pode expressar a relação entre o calor recebido pelo gás (Q) e a variação de entropia do gás (ΔS)? 

Considere a figura abaixo, em que temos a representação de uma simulação virtual sobre as transformações de energia.


Disponível em  <https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/legacy/energy-forms-and-changes>. Acesso em: 04 ago. 2017.

Considere: 

•a variação de temperatura dos 100 g de água contidos no recipiente foi medida no termômetro em 2°C; 
•o calor específico da água igual a 1 cal/g°C; 
•a temperatura ambiente de 27°C ou 300 K.

Sabendo que a chama fornece à chaleira uma energia de 1000 cal e que o gerador é ideal, assinale a opção que indica, corretamente, todas as transformações de energia.