Questõessobre 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas

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PUC - Campinas 2015 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Calorimetria, Física Térmica - Termologia

Um dispositivo mecânico usado para medir o equivalente mecânico do calor recebe 250 J de energia mecânica e agita, por meio de pás, 100 g de água que acabam por sofrer elevação de 0,50 °C de sua temperatura.
Adote 1 cal = 4,2 J e cágua = 1,0 cal/g °C.
O rendimento do dispositivo nesse processo de aquecimento é de

16%.

19%.

67%.

81%.

84%.

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PUC-GO 2016 - Física - Fundamentos da Cinemática, 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Dinâmica, Cinemática, Trabalho e Energia, Física Térmica - Termologia, 1ª Lei da Termodinâmica

No conto de Moacyr Scliar (Texto 7), temos o termo “trabalho”. Para a Física, esse termo pode estar relacionado com variação de energia e, nesse sentido, gases podem executar trabalho, como é o caso das locomotivas a vapor. No Brasil, uma das primeiras locomotivas a vapor dotadas de um mecanismo de articulação para suas rodas foi a Baldwin Flexible. Essa locomotiva, propulsionada por um motor a vapor, era composta de três partes: a caldeira, que produzia o vapor pela queima do combustível; a máquina térmica, que transformava a energia do vapor em trabalho mecânico, e a carroceria, que carregava a composição. A seguir, temos um quadro com as características de uma dessas locomotivas:
Considerando-se a máquina térmica um sistema fechado, contendo um pistão que pode expandir-se livremente dentro de uma cavidade, aproveitando somente a energia proveniente do carvão, a variação do volume do gás na cavidade para um funcionamento de 5 minutos à potência máxima e considerando-se a pressão na cavidade igual à pressão máxima na caldeira será de (assinale a resposta correta):

TEXTO 7

O mistério dos hippies desaparecidos

Ide ao Mercadão da Travessa do Carmo. Que vereis? O alegre, o pitoresco, o colorido. Admirai a excelente organização: cada artesão em seu quadrado, exibindo belos trabalhos.

Mas... Nada vos chama a atenção?

Não? Neste caso, pergunto-vos: onde estão os hippies da Praça Dom Feliciano? Isso mesmo, aqueles que ficavam na frente da Santa Casa. Onde estão? Não sabeis?

O homem de cinza sabe.

O homem de cinza vinha todos os dias à Praça Dom Feliciano. Ficava muito tempo olhando os hippies, que não lhe davam maior atenção. O homem, ao contrário, parecia muito interessado neles: examinava os objetos expostos, indagava por preços, por detalhes da manufatura. E anotava tudo numa caderneta de capa preta. Um dia perguntou aos hippies onde moravam. Por aí, respondeu um rapaz. Numa comuna? — perguntou o homem. Não, não era em nenhuma comuna; na realidade, estavam ao relento. O homem então disse que eles deveriam morar juntos numa comuna. Ficaria mais fácil, mais prático. O rapaz concordou. Não estava com muita vontade de falar; contudo, acrescentou, depois de uma pausa, que o problema era encontrar o lugar para a comuna.

Não é problema, disse o homem; eu tenho uma chácara lá na Vila Nova, com uma boa casa, gramados, árvores frutíferas. Se vocês quiserem, podem ficar lá. No amor? — perguntou o rapaz.

— No amor, bicho — respondeu o homem, rindo. Só quero que vocês tomem conta da casa. Os hippies confabularam entre si e resolveram aceitar. O homem levou-os — eram doze, entre rapazes e moças — à chácara, numa camioneta Veraneio. Deixou-os lá.

Durante algum tempo não apareceu. Mas, num domingo, deu as caras. Conversou com os jovens sobre a chácara, contou histórias interessantes. Finalmente, pediu para ver o que tinham feito de artesanato. Examinou as peças atentamente e disse:

— Posso dar uma sugestão? Eles concordaram. Como não haveriam de concordar? Mas foi assim que começou. O homem organizou-os em equipes: a equipe dos cintos, a equipe das pulseiras, a equipe das bolsas.

Ensinou-os a trabalhar pelo sistema de linha de montagem; racionalizou cada tarefa, cada atividade.

Disciplinou a vida deles, também. Centralizou todo o consumo de tóxicos. Fornecia drogas mediante vales, resgatados ao fim do mês, conforme a produção. Permitiu que se vestissem como desejavam, mas era rígido na escala de trabalho. Seis dias por semana, folga às quartas — nos domingos tinham de trabalhar. Nestes dias, o homem de cinza admitia visitantes na chácara, mediante o pagamento de ingressos. Um guia especialmente treinado acompanhava-os, explicando todos os detalhes acerca dos hippies, estes seres curiosos.

O homem de cinza já era muito rico, mas agora está multimilionário. É que organizou uma firma, e exporta para os Estados Unidos e para o Mercado Comum Europeu cintos, pulseiras e bolsas.

Parece que, para esses artigos, não há sobretaxa de exportações. Escreveu um livro — Minha Vida Entre os Hippies — que tem se constituído em autêntico êxito de livraria; uma adaptação para a televisão, sob forma de novela, está quase pronta. E quem ouviu a trilha sonora, garante que é um estouro.

Tem apenas um temor, este homem. É que um dos hippies, de uma hora para outra, cortou o cabelo, passou a tomar banho — e usa agora um decente terno cinza. Por enquanto ainda não se manifestou; mas trata-se — o homem de cinza está convencido disto — de um autêntico contestador.

(SCLIAR, Moacyr. Melhores contos. São Paulo: Global, 2003. p. 130-132.)

75 m3 .

7,5 m3 .

45 m3 .

450 m3 .

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PUC - SP 2016 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Um motor de potência 2,5 c.v. absorve 925 cal/s de uma o fonte térmica quente, cuja temperatura é de 927°C. Sendo o a temperatura da fonte fria de 80,6°F, determine a razão entre o rendimento de um motor de Carnot que operasse entre essas mesmas fontes térmicas e o rendimento do referido motor.

Para o exercício, adote os seguintes valores quando necessário:

0,75

1,00

1,50

2,00

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PUC - RS 2016 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Em uma máquina térmica ideal que opere em ciclos, todos os processos termodinâmicos, além de reversíveis, não apresentariam dissipação de energia causada por possíveis efeitos dos atritos internos nos mecanismos ou turbulências no fluido operador da máquina. O ciclo de Carnot é um bom exemplo de processo termodinâmico idealizado, que apresentaria a maior eficiência possível na transformação de calor em trabalho útil. A eficiência para uma máquina de Carnot operando entre as temperaturas absolutas de 300 K e 900 K seria de aproximadamente _, e a entropia do sistema ficaria _ durante o processo.

66 % – maior

66 % – igual

33 % – menor

33 % – maior

100 % – igual

41cab26b-be

ENEM 2016 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

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

realizam trabalho mecânico.

produzem aumento da entropia.

utilizam transformações adiabáticas.

contrariam a lei da conservação de energia.

funcionam com temperatura igual à da fonte quente.

408e7280-b2

UFU-MG 2016 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Em um refrigerador, o fluido refrigerante passa por processos termodinâmicos que permitem que o calor seja removido de um ambiente à baixa temperatura e levado para outro de temperatura maior. Nesse processo, ora o trabalho é realizado sobre o fluido refrigerante, ora é ele que realiza trabalho sobre o meio.
Esquematicamente, as etapas de tais processos são representadas a seguir.

Nesse ciclo, ocorrem uma expansão adiabática e uma compressão adiabática, respectivamente, entre:

4 e 1; 2 e 3.

4 e 1; 1 e 2.

3 e 4; 1 e 2.

2 e 3; 3 e 4.

50c82f0d-77

PUC - PR 2012 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Uma máquina térmica opera entre duas fontes a temperaturas constantes. Considerando que essas fontes estão a 27 ºC e 327 ºC e que a máquina retira 100 kJ da fonte quente a cada ciclo, qual é a energia útil obtida por essa máquina por ciclo?

91 kJ

9 kJ

27 kJ

50 kJ

32,7 kJ

00e53d1a-39

PUC - PR 2014 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Transformações Gasosas, Física Térmica - Termologia

Conforme o acima mostrado, assinale a alternativa CORRETA.

Um gás é confinado dentro de um sistema formado por um pistão e um cilindro de paredes termicamente condutoras. O cilindro é imerso em um banho formado por uma mistura de água e gelo a 0°C. O gás é submetido a um processo cíclico de modo a produzir o diagrama PV mostrado na figura. Se a área delimitada pelo ciclo é equivalente ao trabalho de 600 J e considerando o calor latente de fusão do gelo igual a 3,0 x 10⁵ J/kg, qual a massa de gelo que derrete durante esse processo? Considere que as trocas de calor ocorrem somente entre o gás e a mistura.

2,0 g.

1,0 g.

10 g.

3,0 g.

5,0 g.

00ce4cae-39

PUC - PR 2014 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Estão CORRETAS apenas as alternativas:

físico e engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), em seu trabalho Reflexões sobre a potência motriz do fogo, concluiu que as máquinas térmicas ideais podem atingir um rendimento máximo por meio de uma sequência específica de transformações gasosas que resultam num ciclo – denominado de ciclo de Carnot, conforme ilustra a figura a seguir.

Fonte: <http://www.mspc.eng.br/termo/img01/termod307.gif>. [adaptado]

A partir das informações do ciclo de Carnot sobre uma massa de gás, conforme mostrado no gráfico p x V, analise as alternativas a seguir.

I. Ao iniciar o ciclo (expansão isotérmica 1 ➔ 2), a variação de energia interna do gás é igual a Q_Q e o trabalho é positivo (W > 0).

II. Na segunda etapa do ciclo (expansão adiabática 2 ➔ 3) não há troca de calor, embora o gás sofra um resfriamento, pois ΔU = - W.

III. Na compressão adiabática 4 ➔ 1, última etapa do ciclo, o trabalho realizado sobre o gás corresponde à variação de energia interna dessa etapa e há um aquecimento, ou seja, ΔU = + W.

IV. O trabalho útil realizado pela máquina térmica no ciclo de Carnot é igual à área A ou, de outro modo, dado por t = Q_Q - Q_F.

V. O rendimento da máquina térmica ideal pode atingir até 100 %, pois o calor Q_F pode ser nulo – oque não contraria a segunda lei da termodinâmica.

I, II e IV.

I, II e III.

II, III e IV.

II, III e V.

III, IV e V.

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PUC - RS 2014 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

INSTRUÇÃO: Para responder à questão , leia o texto e as aﬁrmativas que seguem.

As principais partes de um refrigerador doméstico são o congelador, o condensador e o compressor, sendo que essas duas últimas peças estão localizadas na parte externa do aparelho. O funcionamento do refrigerador depende da circulação de um ﬂuido refrigerante impulsionado pelo compressor. Durante o ciclo termodinâmico, o ﬂuido sofre transformações nas variáveis estado, pressão e temperatura, o que determina o resfriamento no interior do aparelho, levando para fora a energia oriunda dos alimentos refrigerados.

Em relação a essas transformações, considere as seguintes aﬁrmativas:

I. No congelador, a pressão do gás diminui, e sua temperatura se eleva com a absorção de energia.

II. No congelador, a pressão do gás aumenta, e sua temperatura diminui com a liberação de energia.

III. No condensador, a pressão do gás é maior do que no congelador, e sua temperatura diminui com a liberação de energia.

IV. No condensador, a pressão do gás diminui, e sua temperatura aumenta.

Estão corretas apenas as aﬁrmativas

I e III.

I e IV.

II e III.

II e IV.

II, III e IV.

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UFTM 2013 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Considere que o menino tenha passado alguns minutos do lado de fora da casa e que, ao retornar, ela lhe tenha parecido quente e agradável. A explicação física para esse fato é a de que o corpo do menino, ao entrar em casa,

Leia a tirinha.

passa a perder frio numa taxa menor para o meio externo do que quando estava do lado de fora da casa

passa a perder calor numa taxa menor para o meio externo do que quando estava do lado de fora da casa.

deixa de perder calor e passa a perder frio para o meio externo.

deixa de receber frio, como acontecia do lado de fora da casa, e passa a receber calor do meio externo.

deixa de receber frio, como acontecia do lado de fora da casa, e passa a receber calor do meio externo

5ddf5b33-c3

UFCG 2009 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

As informações seguintes referem-se aos agrocombustíveis e, de seus dados, foi mantida apenas a ordem de grandeza.

INFORMAÇÃO I

“Dados do IBGE, entre 1990 e 2006, revelam a redução da produção dos alimentos imposta pela expansão da área plantada de cana-de-açúcar. Verifica-se que ocorreu a redução de 10⁵ hectares de feijão. Essa área reduzida poderia produzir 10⁵ toneladas de feijão, ou seja, 12% da produção nacional.”

INFORMAÇÃO II

[...] mantida a expectativa de expansão da demanda mundial de álcool até 2015/17, a previsão de uma área requerida para cana-de-açúcar será de 107 hectares.

NFORMAÇÃO III

Considerando o rendimento da fotossíntese, da qualidade do solo e outros condicionantes, a produtividade dos canaviais brasileiros pode ir a 10² toneladas de cana, por hectare, por ano. De cada tonelada de cana extraem-se 10² litros de álcool etílico com poder calorífico de 10⁷ cal/L.

Construindo-se relações entre as informações dos textos pode-se afirmar que :

a área reduzida da produção de feijão proporciona armazenar 10¹¹ calorias no etanol.

para máquinas térmicas de rendimento 20%, a massa de cana correspondente a um hectare que produzirá energia rejeitada para o meio ambiente é da ordem de 1 tonelada

se na dieta das pessoas, utilizam-se, em média, 10^-4 tonelada de feijão, 10¹⁵ pessoas prejudicam-se com a redução da área de plantio.

a energia liberada pela queima de etanol oriundo de uma tonelada cana pode fundir 10¹⁰ kg de gelo a uma pressão atmosférica.

para converter a energia correspondente ao acréscimo da demanda mundial de álcool citada, uma represa de 100m de altura deve ter, no mínimo, 10¹⁰ kg de água disponível.

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UFMG 2006 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Calorimetria, Física Térmica - Termologia, 1ª Lei da Termodinâmica

Numa aula de Física, o Professor Carlos Heitor apresenta a seus alunos esta experiência: dois blocos – um de alumínio e outro de ferro –, de mesma massa e, inicialmente, à temperatura ambiente, recebem a mesma quantidade de calor, em determinado processo de aquecimento.

O calor específico do alumínio e o do ferro são, respectivamente, 0,90 J / (g °C) e 0,46 J / (g °C).

Questionados quanto ao que ocorreria em seguida, dois dos alunos, Alexandre e Lorena, fazem, cada um deles, um comentário:

• Alexandre: “Ao final desse processo de aquecimento, os blocos estarão à mesma temperatura.”

• Lorena: “Após esse processo de aquecimento, ao se colocarem os dois blocos em contato, fluirá calor do bloco de ferro para o bloco de alumínio.”

Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que

apenas o comentário de Alexandre está certo.

apenas o comentário de Lorena está certo.

ambos os comentários estão certos.

nenhum dos dois comentários está certo.

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UEPB 2009 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Leia o texto IV, a seguir, para responder à questão 26

A Revolução Industrial consistiu em um conjunto de mudanças tecnológicas com profundo impacto no processo produtivo em nível econômico e social. Iniciada na Inglaterra em meados do século XVIII, expandiu-se pelo mundo a partir do século XIX. James Hargreaves, 1764, na Grã-Bretanha, inventa a fiadora “spinning Jenny”, uma máquina de fiar rotativa que permitia a um único artesão fiar oito fios de uma só vez. ; James Watt, 1768, inventa a máquina a vapor; Gottlieb Daimler, 1885, inventou um motor a explosão etc.

Acerca do assunto tratado no texto IV, em relação às máquinas térmicas, de acordo com a segunda lei da Termodinâmica, podemos afirmar:

I - Nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode retirar calor de uma fonte e transformá-lo integralmente em trabalho.

II - A segunda lei da Termodinâmica se aplica aos refrigeradores, porque esses transferem calor da fonte fria para a fonte quente.

III - O rendimento de uma máquina térmica que opera em ciclos pode ser de 100%.

Após a análise feita, verifica-se que é(são) correta(s) apena(s) a(s) proposição(ões)

II e III.

II.

III.

I e II.

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UEPB 2007 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Sadi Carnot (1796-1832), foi um físico e engenheiro do exército francês, destacando-se por seu estudo sobre as condições ideais para a produção de energia mecânica, a partir do calor, nas máquinas térmicas. Em 1824, Carnot descreveu e analisou o denominado ciclo de Carnot, cuja importância é devida ao seguinte teorema: “Nenhuma máquina térmica que opera entre duas dadas fontes, às temperaturas T1 e T2, pode ter maior rendimento que uma máquina de Carnot, operando entre estas mesmas fontes”. (Alvarenga, B. e Maximo, A. Curso de Física, Volume 2, Editora Scipíone, p. 158, São Paulo, 2000).

Considerando que uma máquina que extrai 375.10⁴ cal de uma fonte à temperatura de 127 o C e rejeita 15.10⁵ cal para uma fonte a 200 K, a diferença entre seu rendimento e o rendimento de uma máquina de Carnot, operando entre estas mesmas temperaturas, é de:

25%

20%

40%

60%

10%

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PUC - RS 2010 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia, 1ª Lei da Termodinâmica

Num motor que opera segundo este ciclo, um pistão inicialmente na posição correspondente ao máximo volume, estado 1, comprime o ar até que atinja o volu- me mínimo, estado 2. Então ocorre a combustão, resultando em um súbito aumento da pressão enquanto o volume permanece constante, levando o ar ao estado 3. O processo que segue é a ejeção de potência quando o ar expande adiabaticamente para o estado 4. No processo final, calor é transferido para a vizi- nhança e o ciclo é completado.

A partir das informações obtidas pela análise do gráfico representativo do ciclo Otto e de acordo com as leis da termodinâmica, é correto afirmar que:

O ciclo Otto é um ciclo termodinâmico constituídopor dois processos adiabáticos e dois processos isovolumétricos, como mostra o gráfico que segue.

Imagem 011.jpg

o calor líquido trocado no ciclo é nulo, visto que a temperatura final é igual à temperatura inicial.

o sistema realiza um trabalho líquido nulo durante o ciclo, pois o volume final é igual ao volume inicial.

o trabalho realizado no processo de compressão adiabática é maior do que o realizado no processo de expansão adiabática.

o sistema absorve calor durante a compressão adiabática e rejeita calor durante a expansão adiabática.

a variação da energia interna no ciclo é zero, por- que o estado final é igual ao estado inicial

4b265532-3f

PUC - RS 2012 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Um fabricante alega ter construído uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas cujas temperaturas são 200K e 100K, em cada ciclo retira 100J da fonte quente, cede 25J para a fonte fria e realiza 75J de trabalho.

Nesse contexto, é correto concluir que a alegação do fabricante é

inviável, visto que essa máquina térmica contraria tanto a 1ª quanto a 2ª lei da termodinâmica.

inviável, visto que o rendimento termodinâmico dessa máquina seria superior ao de uma máquina operando pelo ciclo de Carnot entre as mesmas temperaturas.

viável, visto que essa máquina térmica atenderia o princípio da conservação da energia.

viável, visto que seu rendimento é menor que a unidade.

viável, visto que a temperatura da fonte quente é maior que a da fonte fria.

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ENEM 2012 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia, 1ª Lei da Termodinâmica

No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante

o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.

um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal.

o funcionamento cíclico de todos os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo.

as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.

a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.

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UNICENTRO 2012 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

A figura representa um mol de moléculas de um gás ideal que sofre uma transformação isotérmica reversível A → B.

Nessas condições, a pressão P_B, em atm, é igual a

0,5

1,0

2,0

3,0

4,0

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URCA 2012 - Física - 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas, Física Térmica - Termologia

Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte quente igual a 330°C e fonte fria a 10°C. O rendimento dessa máquina é melhor representado por:

53%

5,3%

0,53%

46%

0,46%