Exercícios sobre termodinâmica
(EsPCEx — Aman) Um gás ideal sofre uma transformação adiabática em que o meio externo realiza um trabalho sobre o gás. Podemos afirmar que, nesta transformação:
a) a energia interna do gás diminui.
b) o calor trocado aumenta.
c) a pressão do gás diminui.
d) o volume do gás aumenta.
e) a temperatura do gás aumenta.
Letra E
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, toda transformação adiabática apresenta uma quantidade de calor nula, já que não ocorrem trocas de calor entre o gás e o meio externo, proporcionando uma variação de energia interna positiva e um trabalho negativo. Consequentemente, ocorre aumento da pressão e temperatura do gás.
(UEL) A Revolução Industrial foi acompanhada por profundas transformações na Europa. Os novos meios de transporte, que utilizavam as máquinas térmicas recém-criadas, foram essenciais aos avanços relacionados à industrialização por todo o continente. Naquele período, foi demonstrado teoricamente que uma máquina térmica ideal é aquela que descreve um ciclo especial, denominado ciclo de Carnot. Sobre os princípios físicos da termodinâmica e do ciclo de Carnot, assinale a alternativa correta.
a) As máquinas térmicas, que operam em ciclos, são incapazes de retirar o calor de uma fonte e o transformar integralmente em trabalho.
b) Em uma máquina térmica que opera em ciclos de Carnot, ocorrem duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas.
c) No ciclo de Carnot, ocorre uma transformação reversível, enquanto as demais são irreversíveis.
d) O rendimento de uma máquina térmica é nulo quando as etapas do ciclo de Carnot forem transformações reversíveis.
e) Uma máquina térmica é capaz de transferir calor de um ambiente frio para um quente sem a necessidade de consumir energia externa.
Letra A
De acordo com o ciclo de Carnot, na segunda lei da termodinâmica, nenhuma máquina térmica consegue transformar 100% do calor recebido da sua fonte em trabalho. Para entender melhor os princípios físicos envolvidos no ciclo de Carnot, clique aqui.
(ITA) O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60 °C. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit?
a) 33 °F
b) 60 °F
c) 92 °F
d) 108 °F
e) 140 °F
Letra D
De acordo com a lei zero da termodinâmica, podemos calcular a variação da temperatura na escala Fahrenheit por meio da fórmula:
\(\frac{∆T_C}{5}=\frac{∆T_F}9\)
\(\frac{60}5=\frac{∆T_F}9\)
\(∆T_F=9\cdot \frac{60}5\)
\(∆T_F=108\ ℉\)
(Enem) Até 1824 acreditava-se que as máquinas térmicas, cujos exemplos são as máquinas a vapor e os atuais motores a combustão, poderiam ter um funcionamento ideal. Sadi Carnot demonstrou a impossibilidade de uma máquina térmica, funcionando em ciclos entre duas fontes térmicas (uma quente e outra fria), obter 100% de rendimento.
Tal limitação ocorre porque essas máquinas:
a) realizam trabalho mecânico.
b) produzem aumento da entropia.
c) utilizam transformações adiabáticas.
d) contrariam a lei da conservação de energia.
e) funcionam com temperatura igual à da fonte quente.
Letra B
De acordo com o ciclo de Carnot, na segunda lei da termodinâmica, uma máquina térmica não consegue obter 100% de rendimento porque produz aumento da entropia, em razão da perda de energia para o aquecimento do motor, ruídos, vibrações etc.
Determine a variação da energia interna de um gás que se expande por meio de uma transformação adiabática com um trabalho de 2500 J.
a) 2500 J
b) 1250 J
c) – 2500 J
d) - 1250 J
e) 0 J
Letra C
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, um gás que sofre uma transformação adiabática possui uma quantidade de calor nulo, então podemos calcular a variação da energia interna utilizando a fórmula da primeira lei da termodinâmica:
\(∆U=Q-W\)
\(∆U=0-2500\)
\(∆U=-2500\ J\)
Uma máquina de Carnot tem um rendimento de 82%. Sabendo que a temperatura da sua fonte quente é de 1200 K, qual deve ser a temperatura da sua fonte fria?
a) 1200 K
b) 984 K
c) 216 K
d) 179 K
e) 86 K
Letra C
De acordo com o ciclo de Carnot na segunda lei da termodinâmica, calcularemos a temperatura da fonte fria por meio da fórmula do rendimento de uma máquina de Carnot:
\(η=1-\frac{T_F}{1200}\)
\(82\%=1-\frac{T_F}{1200}\)
\(\frac{82}{100}=1-\frac{T_F}{1200}\)
\(0,82=1-\frac{T_F}{1200}\)
\(0,82-1=-\frac{T_F}{1200}\)
\(-0,18=-\frac{T_F}{1200}\)
\(0,18=\frac{T_F}{1200}\)
\(0,18\cdot 1200 =T_F\)
\(T_F=216\ K\)
Em um laboratório, o cientista verificou que a temperatura do forno no qual estava a sua amostra era de 200 ℃. Contudo, na ciência as medidas de temperatura precisam sempre estar em Kelvin, então qual deve ser a temperatura do forno nessa escala?
a) 473 K
b) 273 K
c) 200 K
d) 125 K
e) 52 K
Letra A
De acordo com a lei zero da termodinâmica, podemos calcular a temperatura na escala Kelvin por meio da sua relação com a escala Celsius com a fórmula:
\(\frac{T_C}5=\frac{T_K-273}5\)
\(\frac{200}5=\frac{T_K-273}5\)
\(200=T_K-273\)
\(T_K=200+273\)
\(T_K=473\ K\)
Para saber mais sobre conversão entre escalas termométricas, clique aqui.
Entre as transformações termodinâmicas abaixo, qual delas tem a variação da energia interna de um gás nula?
a) Adiabática.
b) Isotérmica.
c) Isobárica.
d) Isovolumétrica.
e) Nenhuma das alternativas.
Letra B
Nas transformações termodinâmicas isotérmicas, a variação da energia interna de um gás é nula.
De acordo com seus estudos a respeito da terceira lei da termodinâmica, qual das alternativas corresponde ao seu objeto de estudo?
a) Conservação da temperatura.
b) Zero absoluto.
c) Conservação da carga elétrica.
d) Variação da energia interna.
e) Conservação da temperatura.
Letra B
O objeto de estudo da terceira lei da termodinâmica é o zero absoluto e sua relação com a grandeza física entropia.
Um refrigerador possui uma eficiência de 40% na transferência de 800 J de calor da sua fonte quente para a fonte fria. Para isso, qual deve ser o trabalho realizado por esse refrigerador?
a) 500 J
b) 1000 J
c) 1500 J
d) 2000 J
e) 2500 J
Letra D
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, calcularemos o trabalho realizado pelo refrigerador por meio da fórmula:
\(η=\frac{Q_F}W\)
\(40\%=\frac{800}W\)
\(\frac{40}{100}=\frac{800}W\)
\(0,40=\frac{800}W\)
\(W=\frac{800}{0,40}\)
\(W=2000\ J\)
Uma jovem viajou para os Estados Unidos da América e, ao sair do aeroporto, visualizou uma televisão que informava uma temperatura de 28,4 ℉. Por curiosidade, ela abriu seu caderno e começou a realizar algumas contas a fim de descobrir qual seria essa temperatura na escala Celsius. Com base em seus estudos a respeito das escalas termométricas, diga qual foi o valor encontrado pela garota.
a) 2 ℃
b) 1 ℃
c) 0 ℃
d) -1 ℃
e) -2 ℃
Letra E
De acordo com a lei zero da termodinâmica, podemos calcular a temperatura na escala Celsius por meio da sua relação com a escala Fahrenheit pela fórmula:
\(\frac{T_C}5=\frac{T_F-32}9\)
\(\frac{T_C}5=\frac{28,4-32}9\)
\(\frac{T_C}5=\frac{-3,6}9\)
\(T_C=\frac{-3,6\cdot 5}9\)
\(T_C=-2\ ℃\)
Quais proposições apresentam a unidade de medida correspondente às grandezas físicas estudadas na termodinâmica?
I. A energia interna é medida em Joule.
II. O calor é medido em Kelvin.
III. A temperatura é medida em Joule.
IV. O rendimento é medido em metros.
V. A entropia é medida em Joule/Kelvin.
a) Alternativas I e II.
b) Alternativas III e IV.
c) Alternativas I e V.
d) Alternativas II e III.
e) Alternativas IV e V.
Letra C
Abaixo, vemos a correção em vermelho das alternativas incorretas.
I. Correta.
II. Incorreta. O calor é medido em Joule.
III. Incorreta. A temperatura é medida em Kelvin.
IV. Incorreta. O rendimento é medido em Joule.
V. Correta.
