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

Em relação às propriedades dos gases, atente para as seguintes afirmações:
I. Para um gás ideal, a energia interna é função apenas da pressão. II. O calor absorvido por um gás ao variar seu estado independe do processo. III. A energia interna de um gás ideal é uma função apenas da temperatura e independe do processo. IV. Numa expansão isotérmica de um gás ideal, o trabalho realizado pelo mesmo é igual ao calor absorvido.
Está correto o que se afirma somente em

A máquina de Carnot é um sistema que, se pudesse ser construído, produziria o maior rendimento possível ao operar em ciclos entre duas temperaturas fixas, T₁ e T₂ , sendo T₁ a temperatura absoluta da fonte quente, de onde viria a energia térmica para seu funcionamento, e T₂ a temperatura absoluta da fonte fria, para onde seria rejeitado o calor não transformado em energia mecânica pela máquina.

Sabendo que o rendimento (η) da máquina de Carnot é calculado por η=1 - T₂/T₁ pode-se afirmar que esse rendimento

Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura T_q = 527 °C, e liberando calor para um reservatório em temperatura T_f = 327 °C.

Para realizar um trabalho (W) de 600 J, o calor absorvido deve ser de

A segunda lei da Termodinâmica afirma, em sucintas palavras, que não há a possibilidade de converter integralmente calor em trabalho. Esquematicamente, a figura abaixo revela como funciona u’a máquina térmica.
Considerando-se que o trabalho realizado nessa máquina valha 1,2 kJ e que a parte energética rejeitada para a fonte fria valha dois quintos da recebida da fonte quente, é correto afirmar que o rendimento da máquina retratada na figura e a parte energética rejeitada (em kJ) valem, respectivamente,

Os fenômenos macroscópicos são, a rigor, irreversíveis a menos de situações experimentalmente controladas “quase-reversíveis”. A expansão livre de um gás, por exemplo, é um fenômeno irreversível. Um outro exemplo é a passagem espontânea de calor de um corpo para outro de menor temperatura (ou mais frio). A lei física ligada a irreversibilidade dos fenômenos macroscópicos corresponde a:

O físico Carnot, em seus estudos, descobriu que as máquinas térmicas teriam maior rendimento mediante:

Uma máquina de Carnot apresenta um rendimento de 40%, e a temperatura de sua fonte quente é 500 K. A máquina opera a uma potência de 4,2 kW e efetua 10 ciclos por segundo.
Qual é a temperatura de sua fonte fria e o trabalho que a máquina realiza em cada ciclo?

As três formas de energia mais utilizadas no Brasil para produzir eletricidade são:
I. Energia do petróleo. II. Energia hidroelétrica. III. Energia do biodiesel.
Dessas formas de energia, as que têm como principal fonte o Sol são

Motores a combustão possuem rendimento muito baixo. Por exemplo, motores a gasolina apresentam um rendimento aproximado de 25%. Das perdas, 10% são devidas ao atrito mecânico entre componentes do motor, e 65% são perdas térmicas, das quais 30% são perdas pela interação dos gases com a parede da câmara de combustão e 35% são perdas para o ambiente. Por outro lado, motores elétricos têm um rendimento muito superior, da ordem de 80%.

Comparando-se os percentuais apresentados, essa grande diferença de rendimento é atribuída

Usina termelétrica é uma instalação industrial utilizada para geração de energia elétrica a partir da queima de algum tipo de combustível. A usina é dividida em duas partes, uma térmica, na qual se produz vapor a altíssima pressão (Etapas 1 e 2), e outra elétrica, na qual se produz a eletricidade (Etapas 3 e 4):

Etapa 1: O combustível é queimado para aquecer a caldeira;

Etapa 2: A água no interior da caldeira é aquecida e transformada em vapor;

Etapa 3: O vapor entra em contato com as pás do eixo da turbina;

Etapa 4: A rotação do eixo da turbina no gerador produz energia elétrica.

Sociedade Federativa Brasileira. Usina de carvão. Disponível em: www.sfbbrasil.org. Acesso em: 8 jul. 2015 (adaptado).

Qual das etapas do processo de geração de energia descrito é caracterizada por uma transformação química?

Considerando um gás ideal sofrendo o processo termodinâmico AB, conforme representado no gráfico, conclui-se que o trabalho realizado no processo AB, em J, é igual a

Em tempos onde cientistas e empresas estão preocupados em desenvolver dispositivos cada vez mais eficientes, que consomem menos dos nossos recursos naturais, surgem protótipos que prometem alta eficiência energética. Com este intuito, um pesquisador afirma ter construído um motor a combustão que funciona de acordo com o ciclo de Carnot, cuja eficiência térmica é de 52% e opera entre as temperaturas de 7°C e 127°C. Com relação aos conceitos de máquinas térmicas é CORRETO afirmar que:

Equipamentos domésticos chamados de vaporizadores para roupa utilizam o vapor de água gerado por um sistema de resistências elétricas a partir de água líquida. Um equipamento com potência nominal de 1.600 W foi utilizado para passar roupas por 20 minutos, consumindo 540 mL de água. Em relação ao gasto total de energia do equipamento, o gasto de energia utilizado apenas para vaporizar a água, após ela já ter atingido a temperatura de ebulição, equivale a, aproximadamente,

Note e adote:

Entalpia de vaporização da água a 100 °C = 40 kJ/mol;

Massa molar da água = 18 g/mol;

Densidade da água = 1 g/mL.

• Determine o volume de água, em litros, que deve ser colocado em um recipiente de paredes adiabáticas, onde está instalado um fio condutor de cobre, com área de secção reta de 0,138mm² e comprimento 32,1m, enrolado em forma de bobina, ao qual será ligada uma fonte de tensão igual a 40V, para que uma variação de temperatura da água de 20K seja obtida em apenas 5 minutos. Considere que toda a energia térmica dissipada pelo fio, após sua ligação com a fonte, será integralmente absorvida pela água. Desconsidere qualquer tipo de perda.

Dado: resistividade elétrica do cobre = 1,72.10^-8Ω.m

• O diagrama abaixo mostra um ciclo realizado por 1 mol de um gás monoatômico ideal. Determine, em porcentagem, o rendimento de uma máquina de Carnot que operasse entre as mesmas fontes térmicas desse ciclo.

As máquinas térmicas são reconhecidas como precursoras da chamada Revolução Industrial, quando destacam-se os nomes de engenheiros ingleses do século XVIII. Sabe-se, entretanto, que a ideia de se utilizar o calor como agente de movimento remonta de séculos anteriores. Uma das primeiras descrições de uma máquina térmica faz referência à máquina de Heron de Alexandria, no século I d.C (figura 1). A reconstrução dessa máquina em dias atuais mostra-nos que sua eficiência não é muito atrativa, ou seja, grande parte da energia fornecida a ela é desperdiçada. Se a uma máquina de Heron fornece-se 5.000J de calor e percebe-se que ela libera 3.500J de calor, qual a eficiência dessa máquina?


Figura 1 - Representação da máquina de Heron Fonte: Disponível em:<https://pt.wikipedia.org/wiki/Eol%C3%ADpila#/media/File:Aeolipile_illustration.png> . Acesso em: 08 set. 2017

Considere as três afirmativas abaixo, em relação a um gás ideal.

I - Em uma compressão adiabática, a temperatura final do gás não pode ser maior do que a inicial, pois nenhum calor é trocado com a vizinhança.

II - Em um processo isocórico (isovolumétrico), nenhum trabalho é realizado pelo gás.

III - Em um processo isobárico, o trabalho realizado pelo gás é proporcional ao quadrado da variação do volume.

Marque a única opção CORRETA:

A biomassa é uma das principais fontes de energia renovável e, portanto, máquinas que a utilizam como combustível para geração de energia são importantes do ponto de vista ambiental. Um exemplo bastante comum é o uso da biomassa com o objetivo de acionar uma turbina a vapor para gerar trabalho. A figura ao lado mostra, esquematicamente, uma usina termoelétrica simplificada.
Nessa termoelétrica, a queima da biomassa na fornalha produz calor, que aquece a água da caldeira e gera vapor a alta pressão. O vapor, por sua vez, é conduzido por tubulações até a turbina que, sob a ação deste, passa a girar suas pás.
Considere desprezíveis as perdas de calor devido às diferenças de temperatura entre as partes dessa máquina térmica e o ambiente. Nesse contexto, a variação da energia interna da água da caldeira

Em um livro com diagramação antiga era apresentado o esquema a seguir, da troca de calor entre dois corpos A e B.


Nesse esquema o autor explica que “o calor espontaneamente não pode ir de um corpo para outro de temperatura mais alta". Essa afirmação está de acordo com a

Nestes tempos de crise de energia elétrica, é importante pensarmos em sua economia, e principalmente porque, estando cada vez mais cara, ela representa uma fatia apreciável nas contas domésticas do mês. Por isso, pode-se melhorar o funcionamento de uma geladeira, limpando periodicamente o gelo formado no congelador. Estudos indicam que uma camada de 1 cm de gelo no congelador pode aumentar o consumo de energia da geladeira em mais de 20 %, porque o gelo que se forma cobrindo o congelador prejudica o desenvolvimento de uma geladeira. Assim sendo, podemos afirmar que: