Aplicando o conhecimento - Avant
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Autor Durval Bertoldo Menezes É doutorando em Física pela Universität Salzburg, Salzburg, Áustria. Mestre em Física pelo Instituto de Física da Universidade Federal de Uberlândia (UFU), possui graduação em Física (Licenciatura Plena) pela mesma universidade. Pós-Graduação Lato Sensu em Ensino a Distância pela Faculdade do Noroeste de Minas. Tem experiência na área de Física, com ênfase em propriedades óticas e outras Interações da matéria com radiação, grande experiência no ensino superior e no ensino médio. Atualmente, é professor efetivo do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Triângulo Mineiro (IFTM), campus Uberlândia. Revisão Erick Guillhon Mariana Carvalho Projeto Gráfico NT Editora Ilustração Rodrigo Souza Capa NT Editora Editoração Eletrônica NT Editora NT Editora, uma empresa do Grupo NT SCS Quadra 2 – Bl. C – 4º andar – Ed. Cedro II CEP 70.302-914 – Brasília – DF Fone: (61) 3421-9200 [email protected] www.nteditora.com.br e www.grupont.com.br Termodinâmica Aplicada. / NT Editora. -- Brasília: 2016. 136p. : il. ; 21,0 X 29,7 cm. ISBN 978-85-8416-127-0 1 Gases 2 Grandezas termodinâmicas 3 Transformações gasosas 4 Ciclos termodinâmicos de motores – estudo qualitativo 5 Leis da termodinâmica Copyright © 2016 por NT Editora. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer modo ou meio, seja eletrônico, fotográfico, mecânico ou outros, sem autorização prévia e escrita da NT Editora. LEGENDA ÍCONES Prezado(a) aluno(a), Ao longo dos seus estudos, você encontrará alguns ícones na coluna lateral do material didático. A presença desses ícones o(a) ajudará a compreender melhor o conteúdo abordado e a fazer os exercícios propostos. Conheça os ícones logo abaixo: Saiba mais Esse ícone apontará para informações complementares sobre o assunto que você está estudando. Serão curiosidades, temas afins ou exemplos do cotidiano que o ajudarão a fixar o conteúdo estudado. Importante O conteúdo indicado com esse ícone tem bastante importância para seus estudos. Leia com atenção e, tendo dúvida, pergunte ao seu tutor. Dicas Esse ícone apresenta dicas de estudo. Exercícios Toda vez que você vir o ícone de exercícios, responda às questões propostas. Exercícios Ao final das lições, você deverá responder aos exercícios no seu livro. Bons estudos! Sumário 1 GASES���������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 7 1.1 O que é um gás?���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 7 1.2 Número de mols e massa molar��������������������������������������������������������������������������������������10 1.3 Enchendo um pneu��������������������������������������������������������������������������������������������������������������14 1.4 Gases dentro da câmara de combustão de veículos������������������������������������������������15 1.5 Escalas de temperaturas�����������������������������������������������������������������������������������������������������17 1.6 Calor�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������23 2 GRANDEZAS TERMODINÂMICAS����������������������������������������������������������������� 33 2.1 Volume de um gás e suas unidades��������������������������������������������������������������������������������33 2.3 Cálculo das cilindradas de um motor����������������������������������������������������������������������������38 2.4 Pressão e unidades de pressão�����������������������������������������������������������������������������������������40 2.5 Pressão de um pneu�������������������������������������������������������������������������������������������������������������43 2.6 Pressão na câmara de combustão�����������������������������������������������������������������������������������47 2.7 Equação de Clapeyron���������������������������������������������������������������������������������������������������������51 3 TRANSFORMAÇÕES GASOSAS��������������������������������������������������������������������� 59 3.1 Transformação gasosa – lei geral�������������������������������������������������������������������������������������59 3.3 Transformação isobárica�����������������������������������������������������������������������������������������������������63 3.4 Transformação isovolumétrica�����������������������������������������������������������������������������������������66 3.5 Transformação isotérmica��������������������������������������������������������������������������������������������������69 3.6 Transformações gasosas dentro do pneu de um carro�������������������������������������������73 3.7 Diagramas termodinâmicos����������������������������������������������������������������������������������������������75 4 CICLOS TERMODINÂMICOS DE MOTORES – ESTUDO QUALITATIVO������� 84 4.1 Motor de ignição – ciclo Otto�������������������������������������������������������������������������������������������84 4.2 Motor a diesel – ciclo Diesel����������������������������������������������������������������������������������������������90 4.3 Trabalho termodinâmico����������������������������������������������������������������������������������������������������96 5 LEIS DA TERMODINÂMICA�������������������������������������������������������������������������� 104 5.1 Lei zero da termodinâmica��������������������������������������������������������������������������������������������� 104 5.2 Primeira lei da termodinâmica�������������������������������������������������������������������������������������� 107 5.3 Segunda lei da termodinâmica������������������������������������������������������������������������������������� 114 5.4 Máquinas térmicas������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 115 5.6 Ciclo Diesel – estudo quantitativo������������������������������������������������������������������������������� 126 BIBLIOGRAFIA������������������������������������������������������������������������������������������������� 135 GLOSSÁRIO������������������������������������������������������������������������������������������������������ 136 4 NT Editora APRESENTAÇÃO Seja bem-vindo à Termodinâmica Aplicada! O estudo dos fenômenos termodinâmicos é de fundamental importância para a compreensão dos mecanismos de funcionamento dos motores de um automóvel. Sua perfeita compreensão torna mais fácil o entendimento acerca dos processos eletrotermomecânicos envolvidos no funcionamento dos motores, sejam eles de ignição ou diesel. Em um veículo moderno, é grande a dependência em relação à interação entre as partes elétricas, térmicas e mecânicas, principalmente devido à consciência ambiental, que, hoje, é um ponto essencial nos processos de funcionamento de um veículo. A perfeita sincronia entre essas partes faz com que os veículos sejam cada vez mais econômicos e, portanto, agridam menos o meio ambiente. Absorva ao máximo os conceitos apresentados neste material, pois eles, com certeza, serão relevantes para o seu desenvolvimento profissional. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Bons estudos! SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 5 6 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1 GASES Os conteúdos aqui abordados são importantes para nossa compreensão da aplicação prática da termodinâmica. Nesse sentido, alguns conceitos serão apresentados, como o de gás, e alguns experimentos demonstrados, para consolidar os aspectos teóricos do estudo. Ao longo da lição, você encontrará, ainda, exercícios para fixar e testar os conhecimentos adquiridos. Objetivos Ao final desta lição, você deverá ser capaz de: • compreender o conceito de gás; • saber calcular a massa molar de um gás, bem como o número de mols; • entender o processo de enchimento de um pneu pelo compressor de ar; • compreender o processo de funcionamento de um motor; • manipular, matematicamente, as escalas de temperatura mais usadas no mundo; • conceituar calor como energia em trânsito e compreender em que situações o calor pode ser trocado entre dois corpos. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1.1 O que é um gás? Quando pensamos em um gás, lembramos rapidamente que ele está muito presente no nosso cotidiano, assim como os líquidos. Existem algumas semelhanças entre os gases e os líquidos, mas o que precisamos fazer é diferenciar esses dois, tendo em vista que a física desses estados apresenta muitas diferenças. Gás é qualquer tipo de fluido no estado físico gasoso, como, por exemplo, o ar, os gases que saem dos escapamentos dos carros e o gás de cozinha, que gera a chama do fogão. Apesar de os líqui­dos também serem fluidos, os gases apresentam uma diferença marcante em relação a eles. De um lado, quando colocamos um gás em um recipiente, ele ocupa totalmente o seu volume, independentemente de sua quantidade. De outro lado, quando um líquido é colocado em um recipiente, ele ocupa somente uma parte deste se sua quanti­dade não for suficiente para ocupar todo o espaço. Importante Podemos definir gás como todo fluido que ocupa o espaço total de um recipiente, independentemente de sua quantidade. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 7 A fluidez dos gases é tão grande que nós nem conseguimos segurá-los, mas podemos senti-los em diversas situações, como, por exemplo, ao colocar a mão para fora do carro ou mesmo soprar a palma da mão. Em seguida, podemos ver alguns exemplos de sistemas gasosos. Os gases estão muito presentes no nosso cotidiano, basta lembrar que respiramos um gás chamado ar. Na natureza, de forma geral, a quantidade de gás é enorme. Por exemplo, o ar atmosférico é constituído por vários tipos de gases. Vejamos, na tabela a seguir, a composição do ar. % volume Fórmula (excluída a unidade do ar) Oxigênio O2 20,93 Nitrogênio N2 78,10 Argônio Ar 0,9325 CO2 0,03 Hidrogênio H2 0,01 Neônio Ne 0,0018 Hélio He 0,0005 Criptônio Kr 0,0001 Xenônio Xe 0,000009 Dióxido de Carbonocarbono Conhecer as propriedades dos gases é algo muito importante para que você possa compreender suas aplicações técnicas, tal como o funcionamento do motor a gasolina ou a diesel. Uma das principais propriedades dos gases é a fácil variação de volume. Eles podem sofrer expansão (aumento de volume) como também podem ser comprimidos (diminuição de volume). É justamente a expansão e a compressão que permitem ao gás transferir energia de um sistema para outro, como ocorre no motor do carro. De forma sucinta, os gases possuem: • 8 volume variado: um gás ocupa o volume do recipiente que o contém; NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Componente • forma variada: o gás tem a forma do recipiente que o comporta; • alta fluidez: as moléculas dos gases têm grande liberdade para se movimentarem. Aplicando o conhecimento Observe a figura a seguir. Ela representa o mesmo sistema gasoso em duas situações em um recipiente totalmente hermético. À esquerda, o volume do gás é maior e, à direita, o gás foi comprimido e seu volume diminuiu. Com base nessas informações, marque a alternativa correta sobre a massa do gás nas duas situações. a) A massa do gás aumentou porque seu volume diminuiu. b) A massa do gás não sofreu alteração, pois a quantidade de moléculas é a mesma. c) A massa do gás diminuiu porque seu volume diminuiu. d) Não é possível estabelecer uma relação sobre a massa do gás antes e depois, pois não temos informações suficientes. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. O sistema gasoso é fechado, ou seja, não entra nem sai quantidade de gás. Como o recipiente é hermético, isso significa que não saiu nem entrou gás durante o evento de compressão. Logo, a alternativa correta é a letra “b”. Se foi essa a alternativa marcada por você, parabéns! Continue assim! Saiba mais Você já pensou por que os balões das festas de aniversário esvaziam com o passar do tempo? Como sabemos, existe uma distância entre os átomos que formam os corpos de modo geral: é aí que encontramos a resposta. Os balões utilizados em festas esvaziam com o passar do tempo porque o ar escapa por meio de minúscu- SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 9 los espaços entre as moléculas da borracha que forma o balão. Nesta imagem de uma amostra de látex, feita por um microscópio de força atômica (Atomic Force Microscope – AFM), observe que existem espaços entre o emaranhado de moléculas do material. Esses espaçamentos não podem ser vistos a olho nu. Aplicando o conhecimento A seguinte figura mostra dois balões ligados por uma válvula. Do lado esquerdo, há uma quantidade de gás e, do lado direito, o balão está vazio. Nesse sentido, marque a alternativa correta que relata o que acontecerá com o gás quando a válvula for aberta. a) O gás ficará somente do lado esquerdo e, portanto, não passará para o lado direito. b) O gás passará totalmente para o lado direito, deixando o lado esquerdo vazio. c) Uma quantidade de gás passará do lado esquerdo para o lado direito, de forma que o gás ocupará o volume de todo o recipiente. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. d) Uma quantidade de gás passará do lado esquerdo para o direito e, assim, o lado esquerdo ficará com uma fração do seu volume vazio. Uma das principais propriedades dos gases é ocupar todo o volume disponível, independentemente de sua massa. Então, o gás ocupa todo o volume dos dois lados do recipiente. Logo, a alternativa correta é a letra “c”. Parabéns, se foi essa a alternativa marcada! 1.2 Número de mols e massa molar 1.2.1 Número de mols (n) Em nosso cotidiano, usamos com frequência unidades para expressar determinadas quantidades. Por exemplo, quando compramos arroz ou carne, usamos o kilograma (kg), mas, se compramos ovos, usamos a dúzia. 10 NT Editora SUMÁRIO Assim, é sempre necessário especificar, por intermédio de uma unidade de medida, a quantidade que queremos de determinado produto. No estudo dos gases, isso não é diferente, pois precisamos especificar quantidades para trabalharmos com aspectos quantitativos associados aos átomos, aos íons ou às moléculas. Mas os átomos são tão pequenos que é praticamente impossível mensurar sua massa por meio de medidas diárias. Para resolver esse problema, criou-se uma quantidade de referência denominada unidade de massa atômica, baseada na massa do carbono12. Em 1826, o químico alemão Friedrich Wilhelm Ostwald introduziu o conceito de mol. O mol é o nome da unidade, e seu símbolo está associado a uma quantidade de átomos, moléculas ou íons. 1 mol = 6,02 ∙ 1023 átomos, moléculas ou íons Em 1 mol de qualquer substância existem 6,02 ∙ 1023 átomos, moléculas ou íons. Por exemplo, em 1 mol de água, existem 6,02 ∙ 1023 moléculas de água. Já em 1 mol de gás hélio, existem 6,02 ∙ 1023 átomos de hélio. Saiba mais Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) foi químico e filósofo alemão, nascido na Letônia. Considerado o pai da físico-química, recebeu o Nobel de Química de 1909 por seu trabalho sobre catálise. Também desenvolveu um processo de fabricação de ácido nítrico por oxidação do amoníaco. Aplicando o conhecimento Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1) Um professor informou a seu aluno que, em uma câmara de combustão de certo motor, entram 2 ∙ 1023 moléculas de gasolina em cada ciclo. Assim, pediu ao discente que calculasse o número de mols que, por ciclo, entra nessa câmara de combustão. Qual valor ele encontrou? Como sabemos, 1 mol = 6,02 ∙ 1023 moléculas. Assim, para calcular o número de mols, basta ao aluno fazer uma regra de três simples: SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 11 1 mol = 6,02 ∙ 1023 moléculas x = 2 ∙ 1023 moléculas x= 6,02 ∙ 1023 2 ∙ 1023 x = 3,01 mol Logo, na câmara de combustão, entram 3,01 mol de gasolina por ciclo. Foi esse o valor que você encontrou? Se sim, muito bem! Calculou corretamente o número de mols. 2) Um motorista para em um posto para encher o pneu do carro. Ele coloca no pneu exatamente o dobro da quantidade de ar que tinha dentro antes de enchê-lo. Nesse caso, o que aconteceu com o número de mols de ar dentro dos pneus? a) O número de mols diminuiu à metade. b) O número de mols também dobrou. c) O número de mols não foi alterado. d) Não é possível calcular com essas informações. O número de mols é diretamente proporcional à massa do gás. Então, se a quantidade de gás dobrou, o número de mols também dobrou. Assim, a alternativa correta é a letra “b”. Muito bem se você acertou! A massa molar dos átomos é tabelada e representa a quantidade existente da massa desses átomos em 1 mol , ou seja, 6,02 ∙ 1023 átomos. Por exemplo, o átomo de hidrogênio tem massa molar de MH = 1g/mol. Isso significa que, em 1g de hidrogênio, temos 6,02 ∙ 1023 átomos de hidrogênio, 2 isto é, 1mol. Uma expressão importante relaciona a massa com a massa molar. Dessa relação, nós temos o número de mols. m n= M Observe que n é o número de mols, m é a massa, e M é a massa molar. Por meio dessa expressão, podemos calcular o número de mols, bem como a massa. 12 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1.2.2 Massa molar (M) Aplicando o conhecimento 1) O gás CO, denominado monóxido de carbono, é um gás emitido pelos veículos, sendo um dos gases mais poluentes. Sabendo que a massa molar (M) do carbono é 12 g/mol e do oxigênio 16 g/mol, calcule a quantidade de mols que existe em 100 g desse gás. Para calcularmos o número de mols, precisamos antes determinar a massa molar dessa molécula. Veja que o gás tem um átomo de carbono (12g/mol) e um átomo de oxigênio (16 g/mol). Então, a massa da molécula é de: MCO = 12 + 16 MCO = 28 g/mol Queremos o número de mols para esse gás. Para isso, usaremos a expressão: m n= M 100 n= 28 n = 3,57 mol Portanto, em 100 g de CO, temos 3,57 mols. 2) (Fuvest-SP) A tabela abaixo apresenta o mol, em gramas, de várias substâncias. Substância Au HCl O3 C5H12 H 2O Mol (g) 197 36,5 48 72 18 Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Comparando massas iguais dessas substâncias, a que apresenta maior número de moléculas é: a) Au.b) HCl. c) C5H10.d) H2O. m O número de mols é dado pela relação n = , ou seja, o número de mols é inversamente M proporcional à massa molar (M). Sendo assim, a molécula que apresenta menor massa molar terá maior número de moléculas. Marcou a alternativa “d”? Parabéns! Saiba mais O termo mol foi usado inicialmente pelo célebre químico alemão Friedrich Wilhelm Ostwald em 1896. A origem dessa palavra vem do latim e significa “mole”, “monte, quantidade”. Foi também a partir desse termo que se originou a palavra molécula, que significa “pequena quantidade”. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 13 1.3 Enchendo um pneu As partículas, os átomos ou as moléculas estão em contínuo movimento e, por isso, colidem uns com os outros o tempo todo; ademais, chocam-se contra as paredes do recipiente que os contêm. Nesse contexto, imagine uma quantidade muito grande de moléculas e de átomos dentro do pneu de um carro quando ele está cheio. Essas moléculas são incansáveis e nunca param, elas colidem contra as paredes do pneu, que, por sua vez, aplicam pequenas forças durante tais colisões. Mas, como você sabe, são muitas moléculas e, quando todas essas pequenas forças são somadas, o resultado final é enorme: uma grande força atua de dentro para fora nas paredes do pneu. É justamente essa força resultante que mantém o pneu cheio, possibilitando a ele suportar o peso do carro. Sem tal força, não seria possível o carro ficar sobre os pneus. Assim, é possível imaginar também que, durante o movimento do carro, essas moléculas aumentam a frequência de suas colisões, pois agora, além de seus próprios movimentos, elas contam com o movimento do carro, que “bagunça” ainda mais o sistema. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Observe a figura a seguir. Em A, as moléculas estão em um pneu vazio e, em B, o pneu está cheio. Neste último caso, a quantidade maior de moléculas faz aumentar a frequência de colisão entre elas e entre elas e as paredes do pneu. Saiba mais Os pneus de um avião são cheios com gás nitrogênio. Quando um avião decola ou pousa, a temperatura do gás dentro das rodas pode chegar até cerca de 80 °C. No entanto, o maior problema é quando o avião está no ar: em grandes altitudes, a temperatura chega a -50 °C e, como o nitrogênio tem a temperatura de liquefação muito alta, ele não se transforma no estado líquido nessa temperatura. Outros gases poderiam passar do estado gasoso para o estado líquido dentro do pneu, e aí teríamos um grande problema. Encher pneus de automóveis com nitrogênio não traz benefícios substanciais para o desenvolvimento do carro, visto que a variação de temperatura nos pneus de um automóvel não é tão grande como ocorre com um avião. Além disso, haverá um custo para encher os pneus com nitrogênio, enquanto com o ar você não pagará nada. 14 NT Editora SUMÁRIO 1.4 Gases dentro da câmara de combustão de veículos O termo combustão está muito presente no meio técnico por sua importância prática. A combustão é uma reação química exotérmica que ocorre entre um tipo de combustível, podendo ser gasolina ou álcool no caso dos veículos, com o oxigênio, denominado, nesse caso, comburente. Essa reação tem a capacidade de liberar grandes quantidades de energia ou luz. A reação de combustão libera, além de energia, outros produtos que dependem do tipo de combustível queimado. A seguir, a figura mostra, de forma simplificada, a reação de combustão que ocorre nos carros. A energia é a parte responsável por fazer o carro se mover. Esse processo começa com a entrada de gás combustível na câmara de combustão dos carros. Apesar de a gasolina ou o álcool serem líquidos em temperatura ambiente, eles entram na câmara de combustão no estado gasoso. Em seguida, o gás combustível é queimado, devido ao faiscamento da vela de ignição, gerando uma explosão na câmara de combustão, que, por sua vez, empurra o pistão para baixo com uma grande força. Essas ações ocorrem sequencialmente, de forma que o carro tenha sempre torque no motor, possibilitando seu movimento. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Entretanto, o processo é um pouco mais complexo que isso. Antes de o gás combustível ser queimado, ele deve ser comprimido, pois a energia liberada pela queima será mais concentrada, sendo, assim, melhor aproveitada. Vejamos esse processo simplificado na imagem. Exotérmica: uma reação exotérmica é uma reação química em que ocorre liberação de calor (energia), sendo, portanto, a energia final do produto menor que a energia inicial dos reagentes. Câmara de combustão: também chamada de combustor, é o espaço em que ocorrem as explosões da mistura ar mais combustível em um motor. Durante a fase de admissão, ela é preenchida com o carburante e, após a explosão, é esvaziada. Na figura A, a válvula se abre, permitindo que a mistura gás combustível mais ar entre na câmara de combustão. Nessa etapa, o pistão se encontra no ponto mais baixo de seu ciclo de movimento. Assim, o gás ocupa todo o volume na câmara de combustão. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 15 Na figura B, o pistão subiu, comprimindo ao máximo a mistura gás combustível mais ar. Quando ele chega ao ponto mais alto de seu ciclo, a vela de ignição libera uma faísca que ativa a reação de combustão, provocando explosão dentro da câmara de combustão e liberando muita energia. Essa energia empurra o pistão para baixo com grande força, gerando torque no motor do carro. Observe que esse processo somente é possível se o gás combustível for comprimido; caso contrário, a energia liberada na ignição não será o suficiente para movimentar o carro. Sendo assim, devido à propriedade de compressão dos gases, o processo de combustão se torna mais eficiente e liberará mais energia. Aplicando o conhecimento 1) A imagem a seguir mostra um momento específico da etapa de combustão no cilindro de um motor. Analise-a e marque a alternativa correta com relação a essa etapa da combustão. a) É mostrado o momento da entrada de combustível na câmara de combustão. b) É mostrado o momento da expulsão dos gases combustíveis após a combustão. c) É mostrado o momento em que a energia da combustão é transformada em torque no motor do veículo. d) É mostrado o exato momento da queima do combustível, no qual é gerada a explosão que fará o pistão ser empurrado para baixo. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. O desenho mostra o exato momento da ignição do combustível pela vela de ignição. Nessa etapa, o pistão ainda não desceu, o que ocorrerá na sequência do processo. Logo, se você marcou a alternativa “d”, acertou o exercício. Parabéns! 2) Em uma reação de combustão, como aquela que ocorre nos veículos a gasolina ou a álcool, temos a liberação de uma quantidade enorme de energia. A combustão é uma reação que libera, além de energia, alguns outros produtos. Marque a alternativa que indica esses possíveis produtos. a) CO2 + H2O. c) CO2 + sulfetos. b) CO2 + fuligem. d) O2 + H2O. A reação de combustão envolve ar mais gases combustíveis. Quando essa mistura sofre ignição, ela explode, liberando energia mais subprodutos, que são a água (H2O) mais dióxido de carbono (CO2). Assim, a alternativa correta é a letra “a”. Parabéns, se esse foi o item marcado! 16 NT Editora SUMÁRIO Importante! Consciência ambiental Os veículos motorizados estão fortemente inseridos em nosso cotidiano. Entretanto, a utilização de veículos deve vir associada à consciência ambiental, pois sabemos que são máquinas de poluir. Um dos principais gases do efeito estufa, o dióxido de carbono (CO2), é produzido nas câmaras de combustão dos carros, sejam eles com motores a combustão ou motores a diesel. Como a molécula de gasolina (C8H18) possui vários átomos de carbono, o seu potencial para produzir dióxido de carbono é muito grande. Para se ter ideia, em uma reação de combustão completa, uma única molécula de gasolina produz oito moléculas de dióxido de carbono. Isso significa que, a cada 1 kg de gasolina queimada nessa reação, são produzidos aproximadamente 3 kg de dióxido de carbono, que, por seu turno, são lançados na atmosfera, intensificando o efeito estufa. Manter o carro sempre regulado é, portanto, um bem para o meio ambiente. 1.5 Escalas de temperaturas Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Muitas vezes, falamos que um objeto está em baixa ou alta temperatura a partir de nossa percepção das sensações de quente e frio. No entanto, essa percepção pode ser incorreta, pois quente e frio são sentidos que temos em relação à temperatura do próprio corpo ou de uma referência pessoal. Existe uma simples experiência que pode comprovar esse fato. Derrame, em uma vasilha, água gelada e, em outra, água natural – aquela água que sai da torneira. Primeiramente, coloque sua mão na vasilha com água natural. Sua percepção será que essa água está fria, pois a temperatura de seu corpo é maior que a temperatura da água. Em seguida, coloque a mesma mão na vasilha com água gelada, deixando-a ali por alguns segundos. A sensação que você terá será de frio, o que é totalmente normal. Por fim, retire a mão da vasilha com água gelada e coloque-a imediatamente na vasilha com água natural. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 17 Pronto! Você terá uma grande surpresa, porque a água natural, que antes era fria, agora lhe parece quente. Note que a água não foi aquecida; ocorre que a sua referência de quente e de frio mudou, e isso altera, também, a sua percepção. Dessa forma, a sensação de quente ou frio não serve para falarmos de temperatura. Temperatura é uma grandeza física que está relacionada à agitação das partículas, dos átomos, das moléculas ou dos íons que constituem um corpo. Se a temperatura do corpo é alta, então a agitação térmica de suas partículas também é grande. Podemos pensar que, quanto menor a temperatura, menor será a agitação térmica das partículas que constitui o corpo. As imagens A e B mostram essa relação. Em A, a agitação das moléculas de água é maior que em B, isso significa que a temperatura do corpo A é maior que a do corpo B. • 1° ponto fixo: é a temperatura de fusão do gelo. • 2° ponto fixo: é a temperatura de ebulição da água. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Para medir o valor da temperatura de um corpo, nós precisamos de uma escala termométrica, que é um conjunto de valores que representa a temperatura. Para graduar uma escala termométrica, os cientistas precisaram de uma substância para estabelecer dois pontos fixos de temperatura, sendo a água o líquido escolhido. Eles arbitraram temperaturas aos pontos de fusão (derretimento do gelo) e ebulição (transformação de líquido em vapor) da água, mas com o cuidado de escolherem esses pontos mantendo sempre as mesmas condições de pressão e altitude. A figura mostra um termômetro com esses dois pontos fixos. Vejamos. 18 NT Editora SUMÁRIO O próximo passo agora é estabelecer qual escala será usada entre esses pontos fixos. Abordemos essas escalas para melhor compreensão. 1.5.1 Escala Celsius A escala Celsius foi apresentada pelo astrônomo sueco Anders Celsius em 1742. Ela adota o grau 0 para a temperatura de fusão do gelo e o grau 100 para a temperatura de ebulição da água. Assim, é fácil dividir essa escala em cem partes iguais, em que cada parte será 1 °C (um grau Celsius). Essa divisão facilita a leitura da escala. A figura a seguir mostra um termômetro graduado na escala Celsius (°C). Saiba mais Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Anders Celsius (1701-1744) foi um astrônomo e físico sueco. Celsius foi um dos fundadores do Observatório Astronômico de Uppsala em 1741, sendo, porém, mais conhecido pela escala de temperatura Celsius. A maior contribuição do cientista, no entanto, foi a invenção do termômetro centígrado. 1.5.2 Escala Fahrenheit Construída pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, essa escala adota o valor de 32 graus para o ponto de fusão do gelo e de 212 graus para o ponto de ebulição da água. É possível dividir a escala em 180 partes iguais entre os pontos fixos, em que cada parte representa 1 °F (um grau Fahrenheit). Geralmente, adota-se essa escala em países de língua inglesa, com exceção da própria Inglaterra, que adota a escala Celsius. A seguir, mostra-se um termômetro graduado na escala Fahrenheit (°F). SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 19 Saiba mais Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) foi um físico e engenheiro conhecido por ter inventado o termômetro de mercúrio (1714) e pelo desenvolvimento de uma escala de temperatura com seu nome. 1.5.3 A escala Kelvin e o zero absoluto As escalas Celsius e Fahrenheit são as mais conhecidas e utilizadas atualmente. Entretanto, tais escalas são relativas, pois o zero não significa a ausência da agitação molecular. A escala Kelvin foi construída pelo físico inglês William Thompson Kelvin. Os pontos fixos nessa escala são: temperatura de fusão do gelo igual a, aproximadamente, 273 K e temperatura de ebulição da água igual a, aproximadamente, 373 K. Nesse contexto, podemos resumir, por meio de uma tabela, os pontos fixos nas escalas de temperatura mais conhecidas. Na seguinte tabela, apresentam-se esses pontos fixos para a fusão e a ebulição da água. 1° ponto fixo 2° ponto fixo Fusão (água) Ebulição (água) 0 °C 100 °C Fahrenheit 32 ° F 212 °F Kelvin 273 K 373 K Escala Celsius 20 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. A escala Kelvin é chamada também de escala absoluta, porque tem sua origem no zero absoluto de temperatura. Essa temperatura 0 K (zero Kelvin) é a temperatura na qual as partículas de um corpo têm a máxima organizaçãopossível – além de ser o limite inferior de temperatura de um corpo, ou seja, não existe temperatura menor que o zero absoluto, o que corresponde a -273 °C. Temperaturas próximas ao zero absoluto somente podem ser conseguidas em laboratórios com equipamentos muito sofisticados. Mostra-se, na imagem, um termômetro graduado na escala Kelvin (K). Saiba mais William Thomson (1824-1907), o Primeiro Barão Kelvin (no Brasil, é mais conhecido como Lorde Kelvin), foi um físico-matemático e engenheiro britânico, nascido na Irlanda. Considerado um líder nas ciências físicas do século XIX, ele fez importantes contribuições na análise matemática da eletricidade e da termodinâmica, e fez muito para unificar as disciplinas emergentes da física em sua forma moderna. É conhecido por desenvolver a escala Kelvin de temperatura absoluta (em que o zero absoluto é definido como 0 K). O título de Barão Kelvin foi-lhe dado em homenagem a suas realizações. 1.5.4 Relações entre as escalas Transformar valores de temperatura é algo muito comum no estudo da Física, da Química e da Biologia. Para ocorrer essa transformação, usamos duas relações matemáticas, nas quais: • θC será a temperatura na escala Celsius; • θF será a temperatura na escala Fahrenheit; • θK será a temperatura na escala Kelvin. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Na figura a seguir, apresentamos o consolidado dessas temperaturas nos termômetros com suas respectivas escalas. A equação de relação entre as escalas fica assim: • Celsius para Fahrenheit: θC 5 • = θF - 32 9 Celsius para Kelvin: θC = θK - 32 SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 21 Temos, também, as variações de temperaturas nas escalas termométricas, dadas pelas seguintes expressões: ΔθC 5 = ΔθF ΔθC = ΔθK 9 Aplicando o conhecimento 1) O motor de determinado veículo pode atingir a temperatura máxima de 80 °C. Um mecânico tem apenas um termômetro graduado em Fahrenheit. Qual será a temperatura máxima que esse motor pode atingir na escala do termômetro do mecânico? Como o termômetro do mecânico está graduado na escala Fahrenheit, o que se deve fazer é transformar a temperatura máxima possível do motor para a escala Celsius. Para isso, usaremos esta equação: θC 5 = θF - 32 9 Em que: θC = 80 °C = θF - 32 16 = θC - 32 80 5 9 9 16 . 9 = θF - 32 Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 144 = θF - 32 144 + 32 = θF θF = 176° F Assim, a medida da temperatura desse motor pode ser, no máximo, 176 °F. 2) (UEL) Sobre as escalas termométricas, julgue os itens abaixo. I – A escala Celsius atribui 0° para o ponto de fusão do gelo e 100° para o ponto de ebulição da água. II – O limite inferior para a escala Kelvin é de -273 °C. III – 1 °C equivale a 1 °F. Estão corretos os itens: a) I e II apenas. b) I e III apenas. c) I, II e III. d) II e III apenas. 22 NT Editora SUMÁRIO Quando Celsius fez sua escala de temperatura, ele adotou os pontos de fusão e ebulição da água em 0° e 100°, respectivamente. Sendo assim, I está correto. O limite inferior de tem peratura é o 0 K (zero Kelvin) que equivale a -273 °C, assim, II está correto. Cada 1 °C vale 1,8 °F, então o item III está errado. Logo, se você marcou a alternativa “a”, parabéns! Saiba mais O motor de um carro trabalha em ritmo frenético, e as frequentes combustões fazem com que o motor, dentro da câmara de combustão, tenha picos de temperatura de 2000 °C. Contudo, essa temperatura tão alta destruiria o motor; para que isso não ocorra, existe um sistema de resfriamento denominado sistema de arrefecimento, que tem a função de retirar o calor de dentro do motor. A temperatura máxima das paredes internas da câmara de combustão não pode ultrapassar a temperatura máxima suportada pelo óleo lubrificante, que gira em torno de 150 °C. Já os pistões podem chegar a 320 °C, que é o limite de temperatura que suporta o material sem derreter. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Desse modo, o sistema de arrefecimento dos carros é extremamente importante para a sobrevivência do motor e é justamente por esse motivo que, quando um carro apresenta um defeito no sistema, seu motor geralmente “funde” ou estraga. 1.6 Calor O calor é comumente confundido com temperatura, mas atenção: temperatura é uma grandeza associada ao grau de agitação térmica das partículas que constituem um corpo. Assim, temperatura e calor são grandezas físicas diferentes. Na natureza, existem várias formas de energia, tais como energia mecânica, elétrica, magnética, nuclear, luminosa e térmica. A esta última podemos chamar simplesmente por de; logo, calor é uma forma de energia. No entanto, todos os demais tipos citados são energias possíveis de se­rem armazenadas. Por exemplo, um corpo que está a uma determinada altura tem energia mecânica armazenada, e uma carga elétrica colocada em um campo elétrico, por sua vez, armazena energia potencial elé­trica. Mas o calor não é uma forma de energia armazenável, então, não podemos dizer que um corpo tem calor. O que podemos, sim, dizer é que o corpo pode trocar uma certa quantidade de calor (energia térmica) com outro corpo. Desse modo, calor é uma forma de energia que somente existe em trânsito de um corpo para outro ou, ainda, de um sistema para outro. Exemplificando, no processo de combustão, a energia gerada dentro da câmara de combustão é transformada em calor, que é transmitido de dentro do motor para fora dele, ou seja, ele é transmitido de um sistema (motor) para outro (ambiente fora do motor). O calor flui do corpo mais quente para o corpo mais frio. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 23 Dessa maneira, o calor é uma grandeza que pode alterar a temperatura de um corpo. Quando um corpo recebe calor, suas partículas ganham energia, que é transformada em agitação térmica, isto é, energia de movimento. Quando um corpo perde calor, suas partículas podem diminuir a agitação térmica, ou seja, diminui-se a frequência de agitação. Assim, podemos dizer que o calor é uma forma de energia que pode alterar a agitação térmica das partículas de um corpo, alterando a temperatura do corpo. Embora tal conclusão seja óbvia, existe, por traz disso, um grande conceito físico. Para fechar totalmente esse raciocínio, vamos fazer mais uma experiência. Desta vez, misture duas quantidades iguais de água com a mesma temperatura, por exemplo, a 20 °C. Em sequência, pegue dois copos de água a 20 °C cada um e misture os dois em uma vasilha na qual se tenha um termômetro. O resultado dessa experiência também é claro: o termômetro registrará 20 °C. Observe que, nesse caso, nenhuma quantidade de água sofreu aquecimento ou resfriamento. Esta imagem exemplifica o experimento: 24 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Para compreender melhor essa forma de energia, vamos fazer uma experiência. Pegue dois copos iguais. Em um deles, coloque água a 50 °C e, no outro, água a 20 °C. Em seguida, misture essas duas quantidades de água em uma mesma vasilha na qual se tenha um termômetro. Sabemos, por experiência própria, que o termômetro registrará uma temperatura final dessa mistura entre 20 °C e 50 °C. No caso específico, teríamos exatamente 35 °C. A temperatura da quantidade de água a 20 °C subiu para 35 °C, e a temperatura da quantidade de água a 50 °C reduziu para 35 °C. Ocorreu que a quantidade de água mais fria recebeu calor (recebeu energia térmica), e a quantidade de água mais quente perdeu calor (perdeu energia térmica). A figura a seguir retrata essa experiência. Prossigamos para explorar o conceito físico importante por trás desses experimentos. Observe que, na primeira experiência, uma quantidade de água ganhou calor, e a outra perdeu. Quem ganhou calor foi a quantidade com temperatura menor, e quem perdeu foi a com temperatura maior. Em relação ao segundo experimento, nenhuma quantidade de água perdeu ou ganhou calor. A justificativa para as duas quantidades de água não trocarem calor é que suas temperaturas são iguais. Por conseguinte, concluímos que o calor é um tipo de energia em trânsito entre dois corpos que têm temperaturas diferentes. O calor flui espontaneamente do corpo de maior temperatura para o corpo de menor temperatura. Se dois corpos têm a mesma temperatura, não existirá troca de calor entre eles. Importante! Calor é energia em trânsito de um sistema para outro devido, exclusivamente, à diferença de temperaturas entre eles. 1.6.1 Medidas de calor Como calor é energia, então ele é medido em joule (J), em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule. Entretanto, existe outra unidade para se medir calor, denominada calorias (cal). A relação entre calorias e joule é o que chamamos, na Física, de equivalente mecânico da energia, de tal forma que: Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. 1 caloria = 4,18 joule 1 cal = 4,18 J Equivalente mecânico: o equivalente mecânico do calor consiste em um fator constante que relaciona caloria (unidade de calor do sistema CGS) com joule (unidade de energia do SI), sendo essa relação de 4,1868 J (joule) por cal (caloria). Dica! Não confunda caloria alimentar com caloria térmica. Caloria alimentar é aquela que vem especificada nas embalagens dos produtos, por exemplo, chocolate: 1 calAlimentar = 1000 calTérmicas 1 calAlimentar = 4180 J Assim, quando dizemos que uma pessoa precisa normalmente de 2.500 calorias alimentares por dia, isso significa que ela precisa de 2.500.000 calorias térmicas por dia, ou seja, 10.450.000 joules por dia. Isso acontece porque nosso corpo é uma biomáquina e, como qualquer máquina, precisa de energia para funcionar. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 25 Aplicando o conhecimento 1) A gasolina, quando queimada, gera em torno de 9600 kcal para cada 1 kg de gasolina. Essa é uma transformação de energia química em energia térmica. Com base nisso, calcule a quantidade de energia gerada em joule para cada 1 kg de gasolina queimada. Devemos transformar 9600 kcal em joule. A relação em cal e joule é 1 cal = 4,18 J. Então, teremos: 9600 kcal = 9600000 cal 1 cal = 4,18 J 9600000 = x [deixar um espaçamento pra ficar claro que é uma regra de 3] x = 4,18 ∙ 9600000 x = 40128000 J O resultado é: 9600 kcal = 40.128.000 J. 2) O rendimento de um motor automotivo é da ordem de 30%, isto é, apenas 30% da energia do combustível é de fato transformada em energia mecânica dentro do motor. O rendimento de qualquer motor depende das trocas de calor entre os gases da combustão e as paredes internas da câmara de combustão. O combustível etanol gera cerca de 6100 kcal de energia para cada 1 kg de combustível queimado na combustão. Com base nessas informações, marque a alternativa correta sobre a quantidade de energia química convertida em mecânica dentro do motor. a) 7930 kcal. b) 1469 kcal. d) 17848,6 kcal. O rendimento é de 30%. Se o etanol libera 6100 kcal para cada 1 kg, basta fazermos o cálculo de 30% de 6100 kcal. 30% de 6200 kcal = 1830 kcal Portanto, a cada 1 kg de etanol queimado, teremos 1830 kcal de energia mecânica. Nessa situação, a alternativa correta é a letra “c”. Parabéns, se você acertou! 1.6.2 Transmissão de calor Conforme apresentado no tópico anterior, o calor é uma forma de energia em trânsito que pode fluir de um corpo para outro se eles estiverem com temperaturas diferentes. O calor apresenta três formas de transitar de um corpo a outro, a saber: condução, convecção e radiação. Vamos entendê-las melhor? 26 NT Editora SUMÁRIO Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. c) 1830 kcal. a) Condução É a forma de transmissão de calor na qual as partículas do material transmitem calor umas para as outras por meio da vibração térmica. A principal propriedade da transferência de calor por condução é o fluxo de energia sem a necessidade de fluxo de partículas ao longo do material. Essa forma de transferência de calor ocorre, predominantemente, nos sólidos. b) Convecção Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. É a forma de transmissão do calor pelo deslocamento de porções de matéria aquecida e fria. A porção de matéria quente sobe, enquanto a porção de matéria fria desce. Esse ciclo ocorre em meios fluidos (líquidos e gases). c) Radiação Diferentemente da convecção e da condução, a forma de transmissão de calor por radiação não precisa de meio material, podendo ocorrer mediante o vácuo. A energia solar, por exemplo, chega até nós por essa forma. A energia transmitida por radiação é chamada de energia radiante, representada por ondas eletromagnéticas como as ondas de rádio, as micro-ondas, a luz visível, entre outras, observadas na figura a seguir. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 27 Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Esta outra imagem mostra-nos as três formas de transmissão de calor mencionadas. Vejamos: Aplicando o conhecimento 1) Quando um combustível, como a gasolina, passa pelo processo de combustão na câmara de combustão dos carros, é liberada uma grande quantidade de energia. A maior parte dessa energia é convertida em calor. Esse calor não pode ficar preso na parte interna do motor, porque senão este literalmente derreteria. Nesse contexto, qual a principal forma de transmissão de calor responsável por retirar o calor de dentro do motor para fora dele? a) Condução. b) Convecção. c) Radiação. d) Radiação e condução. O calor é absorvido pelo metal do motor e transmitido para fora dele, sendo, em sequência, dissipado no ambiente externo. Logo, a alternativa correta é a letra “a”. Parabéns, se você acertou! 28 NT Editora SUMÁRIO 2) Assinale a alternativa correta sobre os conceitos de transmissão de calor. a) A condução e a convecção térmicas só ocorrem no vácuo. b) No vácuo, a única forma de transmissão do calor é por condução. c) A convecção térmica só ocorre nos fluidos, ou seja, não se verifica no vácuo nem em materiais no estado sólido. d) A radiação é um processo de transmissão do calor que só se verifica em meios sólidos. A convecção é uma forma de transmissão de calor que necessita de meio material para ocorrer, porém ela somente ocorre em meios fluidos, como em gases ou líquidos. Então, a convecção não pode ocorrer no vácuo ou em meios sólidos. Nesse caso, a alternativa correta é a letra “c”. Saiba mais Poder calorífico é um termo técnico que especifica a quantidade de energia gerada na forma de calor quando um combustível é queimado completamente. Nos automóveis, os combustíveis mais comuns são o etanol e a gasolina, e seus poderes caloríficos são em torno de 6100 kcal/kg e 9600 kcal/kg, ou seja, a cada 1 kg de etanol queimado são gerados 6100 kcal de energia térmica e, no caso da gasolina, são 9600 kcal para cada 1 kg. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. De forma geral, o rendimento dos motores com a gasolina está na faixa de 35%. Os atritos mecânicos que ocorrem nas caixas de eixos, engrenagens e rolamentos consomem algo em torno de 20% deste saldo de 35%; já a parte elétrica consome mais 20%. O saldo total é que apenas 60% dos 35%, isto é, apenas 21% da energia do combustível é realmente transformada em movimento no veículo, isso se considerarmos que o veículo está com todas suas regulagens e especificações em ordem; caso contrário, esse valor pode ser ainda menor. Resumindo Nesta lição, você aprendeu conceitos básicos sobre gases, temperatura e calor, que serão usados nas próximas lições com o objetivo de aprofundar os conhecimentos sobre a termodinâmica aplicada aos veículos automotores. Lembre-se de que as propriedades dos gases, como alta capacidade de compressão e expansão, são essenciais para aplicação nos mecanismos dos veículos, e que existe uma relação entre calor e temperatura, embora essas sejam duas grandezas físicas diferentes. Os conceitos sobre transmissão de calor são importantes para que você possa compreender melhor o sistema de arrefecimento dos veículos. Sempre que você achar necessário, volte aos conceitos desta lição. Na lição 2, aprenderemos sobre grandezas termodinâmicas. Interessante, não é mesmo? Te vejo lá! Verifique se você se sente apto a: SUMÁRIO • compreender o conceito de gás; • calcular a massa molar de um gás, bem como o número de mols; • explicar o processo de enchimento de um pneu por meio de um compressor de ar; Termodinâmica Aplicada 29 • demonstrar o processo de funcionamento de um motor; • manipular, matematicamente, as escalas de temperatura mais usadas no mundo; • conceituar calor como energia em trânsito e relatar em que situações o calor pode ser trocado entre dois corpos. Exercícios Parabéns, você finalizou esta lição! Agora responda às questões ao lado. Questão 1 – O combustível, antes de entrar na câmara de combustão, passa por um processo físico. Qual processo é esse? a) O combustível passa pelo processo de solidificação. b) O combustível passa pelo processo de liquefação para facilitar a entrada na câmara. c) O combustível passa pelo processo de vaporização, pois deve entrar na câmara na forma gasosa. d) O combustível passa pelo processo de vaporização, mas, quando entra na câmara, ele está no estado liquido para intensificar a queima. Questão 2 – Quando enchemos um pneu, estamos na verdade aumentando o número de mols de ar dentro dele. Se o número de mols aumenta, o que acontece então com a massa molar do ar dentro no pneu? a) Ela também aumenta. b) Ela se mantem inalterada, pois é uma propriedade dos átomos. c) Ela diminui, pois é inversamente proporcional ao número de mols. d) Pode aumentar ou diminuir, dependendo da massa de ar que entra. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. Questão 3 – (Unesp 2003) Uma panela com água é aquecida de 25 °C para 80 °C. A variação de temperatura sofrida pela panela com água, nas escalas Kelvin e Fahrenheit, foi de: a) 32 K e 105 °F. b) 55 K e 99 °F. c) 57 K e 105 °F. d) 99 K e 105 °F. Questão 4 – O gás combustível é comprimido dentro da câmara de combustão antes de sofrer ignição. Qual o objetivo dessa compressão? a) Reduzir o espaço entre as moléculas do gás. b) Quando comprimido, o rendimento na queima é maior. c) Quando comprimido, ele se torna líquido e pode ser queimado. d) É comprimido para se solidificar mediante a alta pressão dentro da câmara. 30 NT Editora SUMÁRIO Questão 5 – Um certo motor consome gasolina produzindo dióxido de carbono, energia e água. Sabendo que a proporção entre a gasolina consumida e o dióxido de carbono gerado é de 1 mol écula de gasolina para 8 moléculas de dióxido de carbono, então calcule a quantidade de dióxido de carbono gerada na queima da 2 kg de gasolina. Dados: MC = 12 g, MH = 1g, MO = 16 g, sabendo que a molécula de gasolina e de dióxido de carbono são dadas pelas fórmulas químicas C8H18 e CO2, respectivamente. a) Aproximadamente 6 kg. b) Aproximadamente 2 kg. c) Aproximadamente 28 kg. d) Aproximadamente 16 kg. Questão 6 – (UFRS) Julgue as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta quanto às condições para que dois corpos possam trocar calor: I - É necessário que estejam a diferentes temperaturas. II - É necessário que tenham massas diferentes. III - É necessário que exista um meio condutor de calor entre eles. a) Apenas I está correta. b) Apenas II está correta. c) Apenas I e II estão corretas. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. d) Apenas I e III estão corretas. Questão 7 – (Unitau) Indique a alternativa que associa corretamente o tipo predominante de transferência de calor que ocorre nos fenômenos, na seguinte sequência: - aquecimento de uma barra de ferro quando sua extremidade é colocada numa chama acesa; - aquecimento do corpo humano quando exposto ao sol; - vento que sopra da terra para o mar durante a noite. a) Convecção – condução – radiação. b) Convecção – radiação – condução. c) Condução – convecção – radiação. d) Condução – radiação – convecção. SUMÁRIO Termodinâmica Aplicada 31 Questão 08 – Quando passamos éter sobre a pele, sentimos o local mais frio. Isso acontece por que: a) o éter está a uma temperatura mais baixa que a pele. b) o éter está a uma temperatura mais baixa que o ar. c) o éter é muito volátil. d) o' éter absorve calor para se vaporizar. Questão 9 – Um termômetro indica que a temperatura de um motor é de 75 °C. Quanto equivale essa temperatura em Kelvin? a) 167 K. b) -198 K. c) 23,8 K. d) 348 K. Questão 10 – (Faap) Uma estufa para flores, construída em alvenaria, com cobertura de vidro, mantém a temperatura interior bem mais elevada do que a exterior. Julgue as afirmações a seguir e assinale a alternativa correta quanto à justificativa para a elevada temperatura do interior da estufa. I. O calor entra por condução e sai muito pouco por convecção. II. O calor entra por radiação e sai muito pouco por convecção. III. O calor entra por radiação e sai muito pouco por condução. IV. O calor entra por condução e convecção e só pode sair por radiação. Reprodução proibida. Copyright © NT Editora. Todos os direitos reservados. a) I, III. b) I, II. c) IV. d) II, III. 32 NT Editora SUMÁRIO
