Lista_4__de_Física_2_anos

Lista 4 de Física 2 anos – TERMODINAMICA – prof. Guara
A termodinâmica estuda as relações entre o calor trocado e o trabalho realizado num processo físico, que
envolve uma massa de gás e o meio externo, ou seja, o meio ambiente.
A Primeira Lei da Termodinâmica, também chamado de primeiro princípio da termodinâmica, essa lei é
conhecida como o Princípio da Conservação da Energia. Para todo e qualquer sistema termodinâmico há
uma função característica, que é conhecida como energia interna. Sabendo disso podemos enunciar essa
primeira lei da seguinte maneira: a variação da energia interna entre dois sistemas pode ser determinada
pela diferença entre a quantidade de calor e o trabalho trocado com o meio ambiente. Matematicamente
essa lei pode ser escrita da seguinte forma:
Q = T + ΔU
 Q é a quantidade de calor recebida ou cedida;
 T é o trabalho realizado pelo sistema ou que é realizado sobre o mesmo;
 ΔU é a variação da energia interna do sistema.
Essa lei tem aplicação prática em três transformações particulares de um gás perfeito. Lembrando que
um gás perfeito ou ideal é um modelo idealizado para o comportamento de um gás, o qual obedece às
leis de Gay Lussac, lei de Boyle Mariotte e a lei de Charles.
- Transformação Isotérmica
Essa transformação ocorre, como o próprio nome indica, à temperatura constante, de modo que a
variação da energia interna do gás é igual a zero, pois a energia interna inicial é igual à energia interna
final, ΔU = 0. Dessa forma, fica que a quantidade de calor do sistema é igual ao trabalho realizado pelo
mesmo, ou seja, Q = T.
- Transformação Isovolumétrica
Essa é um tipo de transformação de um gás perfeito que ocorre a um volume constante, ou seja, o
volume do gás permanece o mesmo durante todo processo termodinâmico. Sendo o volume constante
podemos concluir que o trabalho é igual a zero, dessa forma temos que a equação que descreve a
primeira lei da termodinâmica fica do seguinte modo:
ΔU = Q
- Transformação Adiabática
Nessa transformação o gás não troca calor com o meio externo, seja porque ele está termicamente
isolado ou porque o processo ocorre suficientemente rápido de forma que o calor trocado possa ser
considerado desprezível, ou seja, Q = 0. Em uma expansão adiabática o volume do gás aumenta, a
pressão diminui e a temperatura diminui. Já na compressão adiabática ocorre que o volume diminui, a
pressão e a temperatura aumentam. Essa transformação pode ser percebida nos sprays de desodorante
em geral.
Segunda Lei da Termodinâmica
Essa lei foi enunciada pelo físico francês Sadi Carnot, e estabelece restrições para a conversão de calor
em trabalho, realizadas pelas máquinas térmicas. Segundo Carnot, para que ocorra conversão contínua
de calor em trabalho, uma máquina térmica deve realizar ciclos contínuos entre a fonte quente e a fonte
fria, as quais permanecem em temperaturas constantes. A cada ciclo realizado é retirada uma quantidade
de calor da fonte quente, parte desse calor é convertida em trabalho e a outra parte é rejeitada para a
fonte fria. As muitas máquinas que vemos diariamente como, por exemplo, o motor de uma geladeira ou
um motor de um veículo automotivo, são máquinas térmicas, pois elas realizam o processo de conversão
de calor em trabalho, operando sempre em ciclos como o descrito por Carnot.
Por Marco Aurélio da Silva
Equipe Brasil Escola
Por Leopoldo Toffoli
As máquinas térmicas são máquinas capazes de converter calor em trabalho. Elas funcionam
em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes, uma fonte quente que é de onde
recebem calor e uma fonte fria que é para onde o calor que foi rejeitado é direcionado.
A respeito das máquinas térmicas é importante saber que elas não transformam todo o
calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a
100%.
Rendimento de uma máquina térmica:
Usando o princípio de conservação de energia, temos: Q1 = t + Q2 → t = Q1 – Q2
O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre a potência útil, trabalho
produzido pela máquina térmica, e a potência total calor fornecido a máquina térmica
pela fonte quente:
01. Um sistema recebe 400 calorias de uma fonte de energia, enquanto o mesmo
tempo é realizado sobre o sistema um trabalho de 328J. Qual o aumento da energia
interna do sistema?
Dado: 1 cal = 4,18 J
02. Ao receber uma quantidade de calor Q=50J, um gás realiza um trabalho igual a
12J, sabendo que a Energia interna do sistema antes de receber calor era U=100J,
qual será esta energia após o recebimento?
03. Um sistema gasoso recebe do meio externo 200 calorias, em forma de calor.
Sabendo que 1 cal = 4,2 J, determinar a variação de energia interna numa
transformação isométrica.
04. Numa transformação isobárica, um gás realiza o trabalho de 400 J, quando recebe
do meio externo 500 J. Qual a variação de energia interna do gás nessa transformação?
05.Sobre um sistema realiza-se um trabalho de 3000 J e, em conseqüência ele fornece
500 cal ao meio externo durante o mesmo intervalo de tempo. Se 1 cal = 4,2 J,
determine a variação de energia do sistema.
06. (ACAFE-SC) Um gás ideal recebe calor e fornece trabalho após uma das
transformações:
a) adiabática e isobárica.
b) isométrica e isotérmica.
c) isotérmica e adiabática.
d) isobárica e isotérmica.
e) isométrica e adiabática.
07. (FEI) Numa transformação de um gás perfeito, os estados final e inicial acusaram
a mesma energia interna. Certamente:
a) a transformação foi cíclica.
b) a transformação isométrica.
c) não houve troca de calor entre o gás e o ambiente.
d) são iguais as temperaturas dos estados inicial e final.
e) não houve troca de trabalho entre o gás e o meio.
08. Sobre um sistema, realiza-se um trabalho de 3000 J e, em resposta, ele fornece
1000cal de calor durante o mesmo intervalo de tempo. A variação de energia interna
do sistema, durante esse processo, é, aproximadamente: (considere 1,0 cal = 4,0J)
a) –1000J
b) +2000J
c) –4000J
d) +4000J
e) +7000J
09. (CEFET - PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte
forma: "É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo
único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em
trabalho." Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:
a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;
b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;
c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;
d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse
calor para uma fonte fria;
e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa
máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.
10. (UFPF - RS) Um ciclo de Carnot trabalha entre duas fontes térmicas: uma quente
em temperatura de 227°C e uma fria em temperatura -73°C. O rendimento desta
máquina, em percentual, é de:
a) 10
b) 25
c) 35
d) 50
e) 60
11. (EN - RJ) Um motor térmico recebe 1 200 calorias de uma fonte quente mantida a
227°C e transfere parte dessa energia para o meio ambiente a 24°C. Qual o trabalho
máximo, em calorias, que se pode esperar desse motor?
a) 552
b) 681
c) 722
d) 987
e) n.d.a.
12. (UNIVALI - SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as
temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. o calor
rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são,
respectivamente:
a) 500 e 1 500
b) 700 e 1 300
c) 1 000 e 1 000
d) 1 200 e 800
e) 1 400 e 600
13. Qual a variação de energia interna de um gás ideal sobre o qual é realizado um
trabalho de 80 J durante uma compressão isotérmica?
14. (UNAMA) Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa temperatura está a 7,0°C
apresenta um rendimento de 30%. A variação de temperatura, em Kelvin, da fonte
quente a fim de aumentarmos seu rendimento para 50%, será de:
a) 400
b) 280
c) 160
d) 560