Questões Sobre Termodinâmica - Física - Vestibular Tradicional

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11) Uma caldeira fornece calor, com potencia constante de 200cal/min, a certa maquina térmica cujo rendimento é de 0,15. O trabalho que a maquina realiza em 1 hora de funcionamento, em Joules, vale:

A) 2,5 10⁵
B) 1,2 10⁴
C) 7,6 10³
D) 4,2 10³
E) 1,8 10³

A alternativa correta é letra C

O rendimento n de uma máquina térmica é a razão do trabalho total W_t pela quantidade de calor fornecida Q₂ . Em 1 hora (=60 min) o calor fornecido será 200.60=12000 cal, logo :

n = W_t/Q₂ = 0,15 = W_t/ 12000

W_t= 1800 cal = 1,8.10³ cal = 7560 J = 7,6.10³ J

Alternativa C

12) O rendimento de certa máquina térmica de Carnot é de 25% e a fonte fria é a própria atmosfera a 27°C. A temperatura da fonte quente é:

A) 5,4°C.
B) 52ºC.
C) 104°C.
D) 127°C.
E) 227°C.

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A alternativa correta é letra D

O rendimento (n) de uma máquina térmica é dado pela razão do trabalho total (W_t) pelo calor cedido para a fonte quente (Q₂). Sabendo que :

W_t= Q₂-Q₁ (Q₁ é o calor absorvido pela fonte fria)

\begin{array}{l} n = \frac{W_{t}}{Q_{2}} = \frac{Q_{2} - Q_{1}}{Q_{2}} = 1 - \frac{Q_{1}}{Q_{2}} \\ 0, 25 = 1 - \frac{300}{Q_{2}} \\ Q_{2} = 400 K = 127 ° C \end{array}

* Foi necessário transformar a temperatura de 27ºC para Kelvin (K = C + 273).

Logo, a alternativa correta é a letra D.

13) Na primeira fase da revolução industrial, o processo de exploração do carvão, na Inglaterra, foi melhorado com a utilização de máquinas a vapor, para retirar a água acumulada nas minas. Considere uma máquina a vapor representada pelo esquema seguinte:

A) apenas I.
B) apenas II.
C) apenas III.
D) apenas I e II.
E) apenas II e III.

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A alternativa correta é letra B

Vamos analisar cada uma das afirmativas. A assertiva I é falsa; o trabalho total de um sistema não pode ser maior do que o calor absorvido pela fonte quente, como indica o cálculo da afirmativa. O correto é:

W = Q₂– Q₁

A assertiva II é verdadeira; pelo Ciclo de Carnot, no diagrama pressão vs volume, obtêm-se duas isotermas e duas adiabáticas para uma máquina reversível. E a assertiva III, por sua vez, é falsa; o rendimento não depende dessa ideia, ele é a razão do trabalho total pelo calor da fonte quente. Como as quantidades de calor são constantes, o rendimento não é alterado. Está coerente apenas a assertiva II, portanto, a resposta correta é a alternativa B.

14) Certa máquina térmica cíclica reversível trabalha entre -73 ºC e 127 ºC. O seu rendimento máximo é:

A) 2/3.
B) 1/3.
C) 27/73.
D) 3/73.
E) 1/2.

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A alternativa correta é letra E

O rendimento n é :

n = \frac{T_{2} - T_{1}}{T_{2}} = \frac{400 - 200}{400} = \frac{1}{2}

* As temperaturas foram convertidas para a escala Kelvin ( K = C +273)

Alternativa E.

15) Uma máquina térmica ao realizar um ciclo retira 2 Kcal de uma “fonte quente” e libera 1,8 Kcal para uma “fonte fria”. O rendimento dessa máquina é de:

A) 0,2 %
B) 1 %
C) 2 %
D) 10 %
E) 20 %

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A alternativa correta é letra D

O rendimento (n) de uma máquina térmica é a razão do trabalho total (W_t) pela quantidade de calor que é cedida para fonte quente (Q₂) , portanto :

W_t= Q₂- Q₁= 2 - 1,8 = 0,2 Kcal

n= (W_t/Q₂) .100% = (0,2/2) . 100% = 10%

Logo, a alternativa correta é a letra D.

16) As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre estas máquinas, considere as três afirmações seguintes.

A) I.
B) II.
C) III.
D) I e II.
E) II e III.

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A alternativa correta é letra A

Para resolver a questão, precisamos nos lembrar da primeira e segunda leis da termodinâmica, que diz:

ΔQ=ΔU+Δτ

onde Q é o calor absorvido, U a energia interna do sistema e τ o trabalho realizado pelo sistema. Pela segunda lei, sabemos que: “O calor não passa espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente”. Tendo as leis em mente, podemos afirmar que a assertiva I está correta, pois está de acordo com a 2ª lei. Já a assertiva II está errada, pois de acordo com a 1ª lei, o calor absorvido é transformado em trabalho e variação de energia interna. Entretanto, como a variação de energia interna, para o vapor, está ligada à variação de energia cinética (colisão entre moléculas) e, por consequência, variação de temperatura, e como a máquina térmica trabalha entre duas fontes de calor, existe variação de temperatura do gás; dessa forma, há variação de energia interna. E a assertiva III também está incorreta, pois de acordo com a equação de rendimento para um ciclo de Carnot:

η=1-TfriaTquente

o rendimento só será 1 se a temperatura da fonte fria for 0 K, o que, de acordo com a 2ª lei, é impossível. Podemos comparar o ciclo de uma máquina perfeita (Carnot) com uma máquina real (no nosso caso, vapor) pois o ciclo de Carnot nos fornece o máximo rendimento possível; dessa forma, o que não vale para o Ciclo de Carnot, não valerá para nenhum outro ciclo. Está coerente apenas a assertiva I, portanto, a resposta correta é a alternativa A.

17) A conservação de alimentos pelo frio é uma das técnicas mais utilizadas no dia-a-dia, podendo ocorrer pelos processos de refrigeração ou de congelamento, conforme o tipo de alimento e o tempo de conservação desejado.

A) Somente as aﬁrmativas I e II são corretas.
B) Somente as aﬁrmativas I e III são corretas.
C) Somente as aﬁrmativas III e IV são corretas.
D) Somente as aﬁrmativas I, II e IV são corretas.
E) Somente as aﬁrmativas II, III e IV são corretas.

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A alternativa correta é letra D

Observando as proposições, vemos que apenas a III é uma declaração ERRADA. O gás utilizado para refrigeração apresenta um alto calor latente, sendo assim, para que ocorra mudança de estado, ele absorve muita energia, diminuindo assim a temperatura do sistema. Portanto, a opção correta é a D.

18) As centrais termolétricas, as máquinas refrigeradoras, os motores de carros são, em essência, máquinas térmicas. Sobre os três tipos de máquinas, é correto afirmar:

A) As três máquinas térmicas convertem integralmente em trabalho o calor recebido de uma única fonte quente.
B) As máquinas térmicas realizam duas transformações adiabáticas alternadas com duas transformações isobáricas.
C) As três máquinas térmicas obedecem à segunda lei da termodinâmica.
D) O rendimento máximo de qualquer das três máquinas térmicas é expresso operacionalmente por r= 1 – T1 / T2 em que T1 e T2 são as temperaturas absolutas das fontes quente e fria respectivamente.
E) Os três tipos de máquinas térmicas transferem calor de um sistema em maior temperatura para outro com temperatura menos elevada.

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A alternativa correta é letra C

Todas as máquinas térmicas e que envolvem processos relacionados a termodinâmica obedecem a lei da entropia ou Segunda Lei da Termodinâmica. Portanto, a alternativa correta é a letra C.

19) Com base no texto I e nos conhecimentos sobre termoquímica, assinale a alternativa correta.

A) Com o decorrer dos anos, há o envelhecimento e a desorganização biológica do corpo humano, o que resulta em uma diminuição da entropia.
B) De acordo com o 2° princípio da termodinâmica, a entropia total de um processo espontâneo ou uma reação espontânea diminui independentemente da temperatura.
C) As reações químicas, por ocorrerem espontaneamente, processam-se com elevadas velocidades.
D) A vida se desenvolve às custas de transformar a energia recebida do Sol em uma forma útil, ou seja, a capacidade de manter a auto-organização, o que resulta em diminuição da entropia.
E) A tendência de processos ou de reações aumentar a desordem do sistema ocorre de forma não espontânea.

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A alternativa correta é letra D

Vamos analisar cada alternativa.
A alternativa a) está incorreta, isto porque ela diz que a desorganização biológica do corpo humano diminui a entropia, pela segunda lei da termodinâmica a variação da entropia deve ser maior que zero, ela deve aumentar e não diminuir, sistemas que passam de uma situação organizada para uma desorganizada tem sua entropia aumentada.
A alternativa b) comete o mesmo erro da a), processos espontâneos tem sua entropia aumentada.
A alternativa c) faz uma afirmação que não é verdade também, não é porque uma reação química é espontânea que vai ocorrer muito rápido.
A alternativa e) também está incorreta, ela nos remete um pouco as alternativas anteriores, processos espontâneos também aumentam a entropia do sistema, e em consequência aumentam a desordem.
A alternativa e) é a correta, isto porque quando se passa de um sistema desorganizado, para um mais organizado estamos falando de um processo não espontâneo e que a entropia diminui, mas lembre-se que a entropia total do universo deve seguir a relação:
ΔS_Universo >= 0

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20) Segundo princípio da termodinâmica ou seja, a 2º Lei da termodinâmica diz que:

A) è impossível transformar calor em trabalho, operando como duas fontes de calor de temperaturas diferentes.
B) Uma máquina térmicatem rendimento de 90% no máximo.
C) o rendimento máximo de uma maquina térmica depende da substância com que ela funciona.
D) a energia total de um sistema isolado é constante.
E) Uma máquina térmica não pode funcionar sem queda de temperatura e nunca restitui integralmente, sob forma de trabalho, a energia que lhe foi cedida, sob forma de calor.

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A alternativa correta é letra E

Pela Segunda Lei da Termodinâmica, parte da energia da fonte quente é transmitida em forma de trabalho, sendo o restante para a fonte fria. Logo, não é possível construir uma máquina térmica que possua rendimento n=100% , ou seja, que converta completamente a quantidade de calor em trabalho.

Portanto, a alternativa correta é a letra E.

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