Lista_ex_2serie

Lista de Exercícios - 2ª serie - STS
Aluno: ____________________________________________
Série: _________ Turma: _________ Data: ______
Questão 1
As centrais termelétricas, 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
, onde 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.
Questão 2
Um aluno, estudando física térmica, fez as seguintes afirmações:
( ) A variação da energia interna de um sistema em um processo termodinâmico é a diferença
entre o trabalho realizado e o calor trocado com o meio.
( ) O rendimento máximo de uma máquina térmica é 1.
( ) A energia do universo sempre se mantém constante.
( ) O calor sempre flui espontaneamente de um corpo quente para um corpo frio.
Classifique as afirmações anteriores como verdadeiras (V) ou falsas (F), baseando-se, somente,
no enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, e assinale a opção que contem a sequência
correta, de cima para baixo.
A) V, F, V, F
B) V, F, V, V
C) F, V, V, F
D) F, F, F, V
Questão 3
0,5 moles de um gás ocupam um volume V de 0,1 m3 quando a uma
temperatura de 300 K. Qual é a pressão do gás a 300 K? Considere R = 8,3
J/mol K.
(A) 830 Pa
(B) 1245 Pa
(C) 1830 Pa
(D) 12450 Pa
(E) 18300 Pa
Questão 4
A figura a seguir representa uma máquina térmica operando entre dois
reservatórios de calor a temperaturas T2 e T1 (T2 > T1), segundo um ciclo de
Carnot.
a) Calcule o trabalho realizado pela máquina térmica durante um ciclo em função
de Q1 e Q2. Justifique a sua resposta usando a primeira lei da termodinâmica.
b) Indique no diagrama P × V a seguir o sentido no qual o ciclo deve ser
percorrido.
c) Preencha a tabela indicando o nome (isotérmico, isobárico, isovolumétrico,
adiabático, etc.) de cada um dos processos numerados no diagrama P × V ao
lado e se o fluxo de calor é positivo (entra no sistema), negativo (sai do sistema)
ou nulo.
Questão 5
A figura a seguir representa um ciclo de Carnot, para um gás ideal, em um
diagrama de pressão P versus volume V. Das opções a seguir, a que representa
CORRETAMENTE o mesmo ciclo mostrado ao lado, em um diagrama de
temperatura T versus entropia S, é:
Questão 6
A temperatura de um gás ideal é alterada por meio de uma mudança de estado.
Neste caso, o gás pode ter sofrido
01) uma expansão isobárica.
02) uma transformação isovolumétrica.
04) uma transformação qualquer em que não houve realização de trabalho.
08) uma transformação qualquer em que não houve troca de calor com o meio
ambiente.
16) uma transformação qualquer cuja energia interna não se alterou.
Questão 7
As transformações termodinâmicas ilustradas no diagrama PV da figura ao lado
constituem o modelo idealizado do ciclo Otto, utilizado em motores de
combustão interna de automóveis a gasolina. No diagrama, P representa a
pressão na câmara de combustão, e V o volume da câmara.
Suponha que, na transformação b → c, 200 J de calor sejam fornecidos a partir
da queima da mistura ar-gasolina contida na câmara de combustão e que 80 J
de calor tenham sido liberados, durante a exaustão, na transformação d → a.
Dados:
→ No ciclo Otto, é possível ocorrerem os seguintes tipos de transformações:
transformações isovolumétricas, expansão adiabática e compressão adiabática.
→ Primeira Lei da Termodinâmica: ΔU = Q – W , onde ΔU é a variação da
energia interna do sistema, Q é o calor total trocado pelo sistema, e W é o
trabalho total realizado.
A partir dessas informações,
A) identifique as transformações que ocorrem entre os estados ( a → b ), ( b → c
), ( c → d ) e ( d → a ).
B) determine o trabalho realizado no ciclo Otto completo.
Questão 8
De acordo com a primeira Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna
(ΔU) de um sistema é igual à diferença entre o calor trocado com o ambiente (Q)
e o trabalho realizado no processo termodinâmico ( ).
Dessa forma, qual o valor de ΔU, respectivamente, quando um gás ideal passa
por uma transfomação do tipo: isotérmica, isobárica, isométrica, adiabática
e cíclica?
a) zero, Q – , Q,
, zero
b) Q – , Q, zero,
, zero
c) zero, Q, Q – , zero,
d) Q,
, Q – , zero, zero
e)
, Q, zero, Q – , zero
Questão 9
Dois gases ideais A e B encontram-se em recipientes separados. O gás A
possui volume VA = 10 L e está submetido a pressão pA = 5 atm. O gás B possui
volume VB = 5 L e está submetido à pressão pB = 3 atm. As temperaturas
respectivas são tA = 27 ºC e tB = 177 ºC. Os gases são misturados em um
mesmo recipiente de volume V = 10 L, a uma temperatura t = 127 °C. A pressão,
em atm, que esta mistura exercerá nas paredes do recipiente é:
A) 2
B) 5
C) 8
D) 10
Questão 10
Em um trocador de calor fechado por paredes diatérmicas, inicialmente o gás
monoatômico ideal é resfriado por um processo isocórico e depois tem seu
volume expandido por um processo isobárico, como mostra o diagrama pressão
versus volume.
a) Indique a variação da pressão e do volume no processo isocórico e no
processo isobárico e determine a relação entre a temperatura inicial, no estado
termodinâmico a, e final, no estado termodinâmico c, do gás monoatômico ideal.
b) Calcule a quantidade total de calor trocada em todo o processo
termodinâmico abc.
Questão 11
No diagrama PV, a seguir, está representada uma série de processos
termodinâmicos. No processo ab, 250 J de calor são fornecidos ao sistema, e,
no processo bd, 600 J de calor são fornecidos ao sistema.
Analise as afirmações que se seguem.
I. O trabalho realizado no processo ab é nulo.
II. A variação de energia interna no processo ab é 320 J.
III. A variação de energia interna no processo abd é 610 J.
IV. A variação de energia interna no processo acd é 560 J.
É CORRETO afirmar que apenas as(a) afirmações(ão)
A) II e IV estão corretas.
B) IV está correta.
C) I e III estão corretas.
D) III e IV estão corretas.
E) II e III estão corretas.
Questão 12
Nos processos termodinâmicos de sistemas com gases ideais, considerando
que P, Q, Eint e W são respectivamente: pressão do sistema, calor trocado com
o meio exterior ao sistema, energia interna do sistema e trabalho realizado pelo
sistema, bem como sob o sistema durante os processos, marque a alternativa
que apresenta as condições corretas.
A) Adiabático ΔQ = 0 e isobárico, ΔP = 0.
B) Isotérmico ΔEint = 0 e adiabático ΔQ ≠ 0.
C) Isovolumétrico ΔW = 0 e isotérmico ΔEint ≠ 0.
D) Isovolumétrico ΔW ≠ 0 e isotérmico ΔEint ≠ 0.
Questão 13
O ciclo de Carnot é definido como um processo que apresenta quatro
transformações termodinâmicas às quais é submetido um gás ideal em uma
máquina térmica. O diagrama pressão-volume abaixo representa esse ciclo, com
T1 e T2 sendo as temperaturas absolutas das fontes térmicas entre as quais
esse processo pode ocorrer.
Sobre o assunto, analise as seguintes afirmativas:
I. O ciclo compreende duas transformações isocóricas e duas isotérmicas.
II. Nas transformações isotérmicas a variação da energia interna do gás é nula.
III. Nos processos adiabáticos ocorrem expansão e compressão do gás, sem
que haja troca de calor no sistema.
IV. O rendimento de uma máquina de Carnot operando entre as temperaturas de
27°C e 227°C é 40%.
Estão corretas somente as afirmativas
(A) I e II.
(B) II e III.
(C) I e IV.
(D) I, II e III.
(E) II, III e IV.
Questão 14
O diagrama PV para uma determinada amostra de gás está representado na
figura a seguir. Se o sistema é levado do estado a para o estado b, ao longo do
percurso acb, fornece-se a ele uma quantidade de calor igual a 100 cal, e ele
realiza um trabalho de 40 cal. Se, por meio do percurso adb, o calor fornecido é
de 72 cal, então o trabalho realizado vale, em cal:
A) 28
B) 60
C) 12
D) 40
E) 24
Questão 15
Os diagramas PV a seguir representam o comportamento de um gás:
É correto afirmar:
a) O diagrama (a) representa um processo isotérmico com a temperatura inicial
maior que a temperatura final.
b) Os diagramas (a) e (b) resultam no mesmo trabalho realizado pelo sistema
após a expansão.
c) O diagrama (b) representa um processo adiabático.
d) O diagrama (c) representa um processo isobárico.
e) O diagrama (c) representa um processo de expansão.
Questão 16
Um gás ideal pode ser levado desde um estado inicial i até um estado final f,
seguindo dois caminhos distintos, if e iAf, conforme o diagrama PV ilustrado a
seguir.
Assinale o que for correto.
01) Quando o gás é levado do estado i para o estado A, sua energia interna
aumenta.
02) Quando o gás é levado do estado A para o estado f, calor é transferido para
o mesmo.
04) Quando o gás é levado diretamente do estado i para o estado f (caminho if),
sua temperatura aumenta.
08) O trabalho realizado pelo gás é o mesmo, não importando qual o caminho
escolhido para a realização do processo termodinâmico (caminhos if ou iAf).
16) A área do triângulo iAfi corresponde ao trabalho realizado pelo gás quando o
caminho iAf for o escolhido para a transformação termodinâmica.
Questão 17
Um gás ideal sofre uma transformação termodinâmica em que cede 200 J de
calor ao ambiente. Na mesma transformação, o gás realiza 200 J de trabalho.
Pode-se afirmar que a variação de energia interna do gás em tal transformação
é igual a:
a) −400 J.
b) −200 J.
c) 0.
d) 200 J.
e) 400 J.
Questão 18
Um recipiente de volume 0,0831
contém 0,28 Kg de nitrogênio a uma
pressão de 5. 105 N/
. Sabendo que o sistema sofreu uma expansão
isotérmica até seu volume dobrar e considerando a massa molar do nitrogênio
como M = 28 g/mol e R = 8,31 J/mol.K, determine
a) a temperatura do gás;
b) a pressão final;
c) o trabalho realizado pelo gás;
d) a variação da energia interna;
e) o calor envolvido no processo.
Questão 19
O diagrama pressão × volume abaixo ilustra a transformação cíclica que 1,0 mol
de gás ideal sofre. Analisando o gráfico, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).
01) O gás sofre as transformações termodinâmicas, seguindo o ciclo de Carnot.
02) A variação da energia interna do gás quando passa do estado A para o
estado C seguindo o caminho ABC é maior do que quando segue o caminho
ADC, em um processo inverso.
04) A pressão em B é 6 × 105 Pa.
08) O trabalho realizado no ciclo fechado é 8 × 105 J.
16) A variação da energia interna para ir de D para A se deve à variação da
quantidade de calor.
Questão 20
As máquinas a vapor mudaram a forma de o homem relacionar-se com a
natureza e influenciaram até mesmo as relações humanas, com a mudança da
mão de obra braçal para a força mecânica gerada por elas. Se tomarmos como
exemplo uma locomotiva a vapor que funciona recebendo 800 J de sua caldeira
e cedendo 200 J para o ambiente externo, poderemos afirmar que
A) essa locomotiva possui rendimento de apenas 25%, uma vez que 200 J, dos
800 J recebidos, são perdidos.
B) essa locomotiva possui rendimento de 75%, o que poderia ser aumentado se
a máquina cedesse menos calor ao meio externo.
C) o trabalho realizado por essa locomotiva nesse processo é de 1.000 J.
D) essa locomotiva teria rendimento máximo se o trabalho realizado por ela
fosse igual ao calor cedido ao ambiente externo.