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Exercícios sobre Princípios da Termodinâmica

Exercícios de Física

Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as duas leis da Termodinâmica que envolvem conservação de energia e funcionamento das máquinas térmicas. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
questão 1

Certa máquina térmica que opera em ciclos recebe, em cada ciclo, 250 cal da fonte quente e realiza um trabalho igual a 1045 J. Sabendo disso, marque a alternativa correta:

DADOS: 1cal = 4,18 J

a) O gás no interior dessa máquina térmica sofre em cada ciclo uma transformação do tipo isocórica, o que explica a transformação integral de energia em trabalho.

b) A máquina funciona segundo o princípio de Carnot, logo, seu rendimento é 100%.

c) A máquina não contraria a primeira lei da Termodinâmica (conservação da energia), pois está transformando integralmente a energia recebida em trabalho, mas contraria a segunda lei da Termodinâmica, pois possui rendimento de 100%.

d) A máquina contraria a primeira lei da Termodinâmica (conservação da energia), pois está transformando integralmente a energia recebida em trabalho, mas não contraria a segunda lei da Termodinâmica, pois possui rendimento de 100%

e) A máquina contraria as duas leis da Termodinâmica, pois transforma integralmente a energia recebida em trabalho.

questão 2

Determine o calor recebido da fonte quente e perdido para a fonte fria por um motor a diesel que possui rendimento de 40% e realiza a cada ciclo um trabalho de 2000 J. Expresse as respostas em calorias.

DADOS: 1 cal = 4 J

a) 1300 cal e 550 cal

b) 1250 cal e 1000 cal

c) 750 cal e 200 cal

d) 1250 cal e 750 cal

e) 3000 cal e 5000 cal.

questão 3

Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 150 cal de energia na forma de calor e expande-se, realizando um trabalho de 300 J. Considerando 1 cal = 4,2 J, a variação da energia interna do gás (ΔU) é, em J:

a) 250

b) 350

c) 500

d) 330

e) 900

questão 4

(UFMG) Como consequência da compressão adiabática sofrida por um gás, pode-se afirmar que:

a) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura diminui.

b) a densidade do gás e sua temperatura diminuem.

c) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura permanece constante.

d) a densidade do gás e sua temperatura aumentam.

e) a densidade do gás e sua temperatura permanecem constantes.

respostas
Questão 1

LETRA “C”

Se convertermos a energia recebida pela máquina a cada ciclo para a unidade joule, perceberemos que toda a energia fornecida à máquina foi transformada em trabalho:

250 cal x 4,18 = 1045 J

Logo, podemos concluir que essa máquina não contraria a primeira lei da Termodinâmica, que trata da conservação da energia e que prevê, em uma transformação isotérmica, a transformação integral de calor em trabalho. Todavia, essa máquina contraria a segunda lei da Termodinâmica, que nos diz que nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode transformar integralmente a energia recebida em trabalho.

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Questão 2

LETRA “D”

A definição de rendimento (R) diz que essa grandeza é fruto da razão entre a energia utilizada e a energia total disponível. Sendo assim, temos que o rendimento do motor a diesel é a razão do trabalho (τ) executado em cada ciclo pela quantidade total de energia fornecida pela fonte quente (Q1):

R = τ ÷ Q1

Sabendo que R = 0,4 e que τ = 2000 J, temos:

0,4 = 2000 ÷ Q1

Q1 = 2000 ÷ 0,4

Q1 = 5000 J

Como cada caloria equivale a 4J, basta dividir o valor final por 4 para obter a resposta em calorias.

Q1 = 5000 ÷ 4 = 1250 cal.

O calor fornecido pela fonte quente (Q1) é igual à soma do trabalho (τ) realizado pela máquina com o calor perdido para a fonte fria (Q2):

Q1 = τ + Q2

5000 J = 2000 J + Q2

Q2 = 5000 – 2000 = 3000 J

Q2 = 3000 ÷ 4 = 750 cal.

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Questão 3

LETRA “D”

Sabendo que 150 cal correspondem a 630 cal (150 x 4,2 = 630), ao aplicar a primeira lei da Termodinâmica, teremos:

Q = τ + ΔU

630 = 300 + ΔU

ΔU = 630 – 300

ΔU = 330 J

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Questão 4

LETRA “D”

A relação entre densidade e volume é inversamente proporcional, logo, em uma compressão, o volume diminui e a densidade aumenta.

A partir da primeira lei da Termodinâmica e sabendo que a transformação gasosa é adiabática (não há troca de calor), temos:

Q = τ + ΔU

0 = τ + ΔU

ΔU = - τ

A compressão de um gás é um trabalho negativo. Sendo assim, a temperatura do gás é aumentada, já que ΔU é positivo.

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