Leis da Termodinmica e Ciclo de Carnot

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TAREFO

Quando necessrio, considere os dados se-guintes para resolver as questes.

Substncia Calor especfico (J/g C) gua 4,186 Gelo 2,093

Alumnio 0,91 Ferro 0,47 Cobre 0,39 Prata 0,234

Mercrio 0,138 Chumbo 0,130

Obs: 1 cal/g C = 4,186 J/g C = 4 186 J/kg C 1 cal = 1kcal

Calor latente de fuso do gelo= 80 cal/g Calor latente de vaporizao da gua= 540cal/g Densidade da gua 1000 kg/m3 = 1 g/cm3 = 1 kg/L g = 10 m/s2 1 HP = 0,75 Kw

1. Um gs ideal comprimido to rapidamente que o calor trocado com o meio desprezvel. correto afirmar que: a) a temperatura do gs diminui. b) o gs realiza trabalho para o meio exterior. c) a energia interna do gs aumenta. d) o volume do gs aumenta. e) a presso do gs diminui.

2. Em uma transformao isobrica de um gs perfeito, mantido a 2,0 105 N/m2 de presso, forneceram-se 1500 J de calor e provocou-se um aumento de volume de 3,0 103 m3. Calcu-le, em joules, qual foi a variao da energia in-terna do gs.

3. Sobre as Leis da Termodinmica, julgue os itens.

1 A Primeira Lei expressa a conservao de energia.

2 A Primeira Lei garante que no h fluxo de calor entre dois corpos mesma temperatura.

3 A Segunda Lei implica que o calor no pode fluir espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente.

4 A Segunda Lei implica que impossvel a converso total de qualquer quantidade de calor em energia mecnica, em qualquer mquina cclica.

5 A Segunda Lei implica que dois gases, uma vez misturados, tm grande probabi-lidade de voltar a separar-se espontanea-mente.

4. Julgue os itens seguintes:

1 Na expanso livre de um gs ideal, quan-do o mesmo passa de um volume Vi para um outro Vf, pode-se afirmar que essa ex-panso pode ser descrita por uma expan-so adiabtica irreversvel, em que a tem-peratura no estado de equilbrio final a mesma que a do estado inicial.

2 A Primeira Lei da Termodinmica diz res-peito conservao da energia.

3 Certa massa de gs ideal sofre uma trans-formao na qual sua energia interna no varia. Essa transformao adiabtica.

5. Julgue os itens seguintes:

1 numa compresso isotrmica de um gs perfeito, o sistema no troca calor com o meio.

2 numa compresso isotrmica de um gs perfeito, o sistema cede calor menor que o trabalho que recebe.

3 numa compresso isotrmica de um gs perfeito, sempre ocorre variao de ener-gia interna do gs.

4 numa compresso isotrmica de um gs perfeito, o sistema realiza trabalho, portan-to no recebe calor.

5 numa compresso isotrmica de um gs perfeito, o sistema recebe trabalho, que integralmente transformado em calor.

6. Uma mquina trmica opera entre duas tempe-raturas, T1 e T2. Pode-se afirmar que seu rendimento:

a) mximo pode ser 100%. b) pode ser maior que 100%. c) nunca ser inferior a 80%. d) ser mximo, se operar em ciclos. e) ser mximo, se operar segundo o ciclo de

Carnot. 7. Um gs, sofrendo uma transformao isomtri-

ca, recebe 240 J de calor do meio ambiente. Qual o trabalho realizado pelo gs e qual sua variao de energia interna?

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8. (UnB) O grfico a seguir indica a transforma-o sofrida por 2 moles de um gs ideal. Sabendo-se que a energia interna do gs

dada por V = 23 nRT, em que R = 8,3

Kmoljoules ,

julgue os itens seguintes.

1 As temperaturas absolutas nos pontos A e B so respectivamente 90,4 K e 54,2 K.

2 A variao de energia interna na transfor-mao de 30 joules.

3 O trabalho realizado pelo gs na transfor-mao de 1800 joules.

4 A quantidade de calor trocada com o meio de 600 joules.

5 Quando o volume for de 6 litros, a presso correspondente ser de 3.0 105 newton/m2.

9. (UnB) Julgue as afirmaes seguintes a partir

da anlise do diagrama p V de um gs ideal.

1 Na transformao A B C, o gs ideal

realiza um trabalho menor do que na transformao A D C.

2 As transformaes A D e B C so transformaes isocricas.

3 Nas transformaes A B e D C, o gs ideal no realiza trabalho.

4 Entre os pontos assinalados no diagrama, o que apresenta temperatura mais eleva-da ponto D.

10. (UnB) O calor, uma das mais importantes for-

mas conhecidas de energia, pode ser aprovei-tado de diversas maneiras: no aquecimento de ambientes ou de gua; em usinas trmicas, para a gerao de energia eltrica; nas loco-

motivas a vapor, para o transporte de passa-geiros e de carga etc. Assim, devido grande importncia da energia calorfica, desenvolve-ram-se diversos sistemas que possibilitam a sua utilizao. O diagrama abaixo representa um desses sistemas.

Considerando que, na passagem do estado A para o estado B, segundo a trajetria ACB, es-se sistema receba 40 kcal de calor e realize 15 kcal de trabalho, julgue os seguintes itens.

1 Se, na passagem do estado A para o es-tado B, o caminho seguido for ADB e o trabalho realizado for igual a 5 kcal, a quantidade de calor recebida pelo sistema ser igual a 30 kcal.

2 Se, na passagem do estado B para o es-tado A, ao longo da curva BA, o sistema realizar 10 kcal de trabalho, ento ele libe-rar 35 kcal de calor.

3 Se a energia interna, no estado A, igual a zero e, no estado D, igual a 20 kcal, en-to o calor absorvido pelo sistema, no processo DB, igual a 5 kcal.

4 Os trabalhos realizados pelo sistema nos trajetos ACBA e ADBA so iguais.

5 O funcionamento dos pistes (mbolos) de uma locomotiva a vapor baseia-se em su-cessivas transformaes dos tipos AC e CA.

11. (UFRJ) A figura representa, num grfico pres-so volume, um ciclo de um gs ideal. a) Calcule o trabalho realizado pelo gs du-

rante este ciclo. b) Calcule a razo entre a mais alta e a mais

baixa temperatura do gs (em kelvin) du-rante este ciclo.

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12. Num dado processo fornece-se 500 cal a um sistema e ao mesmo tempo realiza-se um tra-balho de 100 J sobre o mesmo. Qual o acrs-cimo na energia interna do sistema? Dado: 1 cal = 4 J

13. A figura (a) a seguir mostra um cilindro que

contm gs, fechado por um pisto mvel e submerso em uma mistura gelo-gua. Empur-ra-se o pisto para baixo rapidamente da po-sio 1 para a posio 2. Mantm-se o pisto na posio 2 at que o gs esteja novamente a 0C e, ento, ele levantado lentamente de volta posio 1. A figura (b) um diagrama pV para o processo. Se 122 g de gelo so der-retidos durante o ciclo, quanto trabalho se rea-lizou sobre o gs?

(a)

Gelo egua

(b)

Incio

14. (PAS UnB) Uma mquina trmica um dis-positivo que transforma calor em trabalho me-cnico, operando sempre em ciclos, isto , re-tornando periodicamente s condies iniciais. A figura a seguir representa um desses ciclos.

Julgue os itens seguintes, relativos ao ciclo re-presentado.

1 Esse grfico pode representar o ciclo de um motor trmico cujo cilindro suporta presso interna de, no mximo, 1,5 atm.

2 A temperatura no ponto A maior que a-quela no ponto B.

3 No trajeto de B para C, o sistema no ab-sorve calor pois a temperatura no varia.

4 O calor transformado em trabalho mecni-co inferior a 150 J.

15. O gs dentro de uma cmara passa pelo ciclo ilustrado na figura a seguir. Determine o calor resultante acrescentado ao gs durante o pro-cesso CA se QAB = 20 J, QBC = 0 e BCA = 15 J.

Observe a figura a seguir para responder questo 16.

Esquema de um reator nuclear. Fonte: Fsica para cincias biolgicas e biomdicas. Emico Okuno et al. So Paulo: Har-

per & Row Brasil / Harbra, 1982, p. 169.

16. (UnB) Em relao ao esquema apresentado e

considerando que a temperatura em A seja de 210 C, a temperatura em B seja de 90 C e que 0 C = 273 K, julgue os itens que se se-guem.

1 Um dos processos que ocorrem no gera-dor eltrico a transformao de energia mecnica em energia eltrica.

2 Supondo que a parte do reator compreen-dida entre os pontos A e B seja equivalen-te a uma mquina de Carnot, ento o seu rendimento ser maior que 24%.

3 Um dos graves problemas ecolgicos ge-rados pelo funcionamento de usinas ter-monucleares o fato de a gua que refri-gera o reator ser despejada em rios ou oceanos, causando, no local, o aqueci-mento da gua.

4 O esquema apresentado mostra que toda energia produzida pelas pilhas nucleares transformada em energia eltrica.

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Observe a figura a seguir para responder questo 17.

17. (UnB 1/2003) A figura mostra um esquema

simplificado de um rgo mecnico clssico. o funcionamento do rgo d-se da seguinte maneira: um fole retira ar do ambiente e o inje-ta no reservatrio 2, em que o volume V2, a presso P2 e a temperatura T2, e onde ele fica disponvel para atravessar um dos tubos pelo toque do msico em uma das teclas do instrumento. Supondo que o ar dentro do r-go seja um gs ideal e considerando que o reservatrio 3 tenha volume V3, presso P3 e temperatura T3, e que a constante universal

dos gases seja R = 0,082 Kmol

atmL

, julgue os itens a seguir.

1 Se as vlvulas s2 e s3 estiverem fechadas

e no houver vazamento de ar no sistema, ento, se V2 > V3, correto concluir que P3 > P2, mesmo que o sistema no esteja em equilbrio trmico.

2 A altura h da coluna de mercrio do ma-nmetro depende do dimetro do tubo.

3 Com base no esquema ilustrado, correto concluir que a presso no reservatrio 2 maior que a presso atmosfrica.

4 Considerando que haja 5 moles de ar no interior dos reservatrios do rgo, ento, se o volume total dos reservatrios for i-gual a 1.000 L e a sua temperatura de 300 K, a presso no interior dos reservatrios ser maior que 0,12 atm.

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RESPOSTAS TAREFO 1. c 2. 900 J 3. C E C C E 4. C C E 5. E E E E C 6. e 7. = 0 (isomtrica)

u = +240 J (aquecimento) 8. C E C E C 9. C E C C 10. C C C E E 11. a) = 1 103 J

b) 4,5TdTb =

12. U = 2100 J 13. QCA = 5 J 14. E E E C 15. 9760 cal ou 40992 J 16. C C C E 17. E E C C