Testes propostos - Grupo Prepara Enem

Testes propostos
Capítulo
9
Unidade D
As leisCapítulo
da Termodinâmica
9 As leis da Termodinâmica
os fundamentos
da física
T.175
2
1
Resoluções dos testes propostos
Resposta: a
Para a energia interna dos gases, temos:
U1 � 3 nRT1 �
2
U2 � 3 nRT2
2
Dividindo � por �, temos:
�
U1
T
� 1
U2
T2
Sendo T1 � T e T2 � 2T, vem:
U1
T
�
⇒
U2
2T
T.176
U1
1
�
U2
2
Resposta: c
Como a transformação referida é isocórica ($ � 0), a variação de energia interna é
dada por: ∆U � Q ⇒ ∆U � 1.250 J
Sendo U � 12,5T, então, ∆U � 12,5 � ∆T. Logo:
1.250 � 12,5 � ∆T ⇒ ∆T � 100 K
Como T1 � 300 K, vem:
∆T � T2 � T1 ⇒ 100 � T2 � 300 ⇒ T2 � 400 K
T.177
Resposta: e
Como a temperatura aumenta, a energia interna aumenta (∆U � 0). Tendo em
vista a primeira lei da Termodinâmica, ∆U � Q � $, devemos ter
Q � $ , isto
é, o gás recebe uma quantidade de calor maior que o trabalho que realiza.
T.178
Resposta: a
∆Q � 8 cal ⇒ ∆Q � 8 � 4 J ⇒ ∆Q � 32 J
Os fundamentos da Física • Volume 2 • Capítulo 9
O trabalho realizado pelo gás é dado numericamente pela área assinalada no
Testes
propostos
gráfico: $ � 4,0 � (4,4 � 1,2)
⇒$�
12,8 J
Pela primeira lei da Termodinâmica, vem:
∆U � ∆Q � $ � 32 � 12,8 ⇒ ∆U � 19,2 J
Observação
Considerando o gás perfeito monoatômico, a variação de energia interna pode ser
calculada por:
∆U �
3
3
3
3
nR � ∆T � p � ∆V � T �
� 12,8 ⇒ ∆U � 19,2 J
2
2
2
2
2
2
Os
2 •• Capítulo
Os fundamentos
fundamentos da
da Física
Física •• Volume
Volume 2
Capítulo 9
9
Testes
Testes propostos
propostos
Unidade D
Capítulo 9 As leisvem:
da Termodinâmica
Pela
primeira lei
Pela primeira
lei da
da Termodinâmica,
Termodinâmica, vem:
os fundamentos
da física∆U � ∆Q � $ � 32Resoluções
dos
testes
� 12,8 ⇒ ∆U
� 19,2
J propostos
2
2
∆U � ∆Q � $ � 32 � 12,8 ⇒ ∆U � 19,2 J
Observação
Observação
Considerando
Considerando o
o gás
gás perfeito
perfeito monoatômico,
monoatômico, aa variação
variação de
de energia
energia interna
interna pode
pode ser
ser
calculada
calculada por:
por:
3
3
∆
nR �� ∆
∆U
U�
� 2 nR
∆T
T�
�
2
T.179
T.179
3
3 p �� ∆V �
p ∆V �
2
2
3
3T�
2T�
2
3
3 �1
∆U
� 12,8
2,8 ⇒
⇒ ∆
U�
� 19,2
19,2 JJ
2
2
Resposta:
Resposta: aa
2
O
O processo
processo é
é isobárico,
isobárico, sob
sob pressão
pressão p
p�
� 10
10 N/m
N/m2..
A
A variação
variação de
de volume
volume é:
é:
3
3
∆V
∆V �
�V
VBB �
�V
VAA ⇒
⇒ ∆V
∆V �
�8
8�
�2
2⇒
⇒ ∆V
∆V �
�6
6m
m
Então,
Então, o
o trabalho
trabalho realizado
realizado pelo
pelo gás
gás nessa
nessa expansão
expansão vale:
vale:
$
� 60
$�
�p
p �� ∆V
∆V �
� 10
10 �� 6
6⇒
⇒ $
$�
60 JJ
Considerando
Considerando que
que o
o calor
calor recebido
recebido nesse
nesse processo
processo é
éQ
Q�
� 150
150 J,
J, vem:
vem:
∆U
� 90
∆U �
�Q
Q�
�$
$�
� 150
150 �
� 60
60 ⇒
⇒ ∆U
∆U �
90 JJ
Observação
Observação
3
Os3 fundamentos
da Física
• Volume 2 • Capítulo 9
∆U
∆U �
� 90
90 JJ
∆U �
� 3$
� 3 �� 60
60 ⇒
$�
⇒ ∆U
2
2
2
2
3
Testes propostos
T.180
T.180
T.181
Resposta:
Resposta:
Resposta: aab
�0
A
transformação
BC
$
A
transformação
BC é
é isocórica:
isocórica:
$BC
Supondo
que a pressão
se mantenha
constante, a temperatura do gás aumenta
BC � 0
O
trabalho
total
realizado
pelo
gás
corresponde
trabalho
na
O
trabalho
total
realizado
pelo
gás
corresponde
ao
trabalho
realizado
na transformatransforma(ocorre
aumento
da energia
e o volume
aumenta
(o gás realiza
trabalho 3
Os fundamentos
dainterna)
Física
• Volume
2 ao
• Capítulo
9 realizado
ção
isobárica
AB:
$
�
$
ção
isobárica AB: $ABC
na expansão).
ABC � $AB
AB
ABC
T.182
T.181
T.182
T.183
AB
Testes propostos
Aplicando
Aplicando aa equação
equação de
de Clapeyron
Clapeyron ao
ao estado
estado inicial
inicial A,
A, vem:
vem: pV
pVAA �
� nRT
nRTAA
3
3
Mas:
Mas: V
VAA �
� 0,1
0,1 m
m ;; n
n�
�1
1 mol;
mol; R
R�
�2
2 cal/mol
cal/mol �� K;
K; T
TAA �
� 300
300 K;
K; logo:
logo:
3 08)
Soma
�
15
(01
�
02
�
04
�
Resposta:
b
3
p
�
0,1
�
1
�
2
�
300
⇒
p
�
6.000
cal/m
p � 0,1 � 1 � 2 � 300 ⇒ p � 6.000 cal/m
(01) Correta.
Supondo
que a pressãoem
se mantenha
constante,
a temperatura
do gás aumenta
Observe
Observe que
que aa unidade
unidade em que
que aa pressão
pressão é
é expressa
expressa deve-se
deve-se às
às unidades
unidades da
da consconsAB:
volume
constante
(isovolumétrica);
BC:
pressão
constante
(isobárica);
CD:
(ocorre
aumento
da
energia
interna)
e
o
volume
aumenta
(o
gás
realiza
trabalho
tante R.
R.
tante
temperatura constante (isotérmica).
na expansão).
A
A variação
variação de
de volume
volume é:
é:
(02)
Correta.
3
∆V
�
V
�
V
�
0,3
�
∆V � VBB � VAA � 0,3 � 0,1
0,1 ⇒
⇒ ∆V
∆V �
� 0,2
0,2 m
m3
V e T diretamente proporcionais (transformação isobárica).
O
trabalho
realizado
O
trabalhoSoma
realizado será
será dado
dado por:
por:
Resposta:
(04) Correta. � 15 (01 � 02 � 04 � 08)
$
p
AB �
$
p �� ∆V
∆V �
� 6.000
6.000 NN�� 0,2
0,2 ⇒
⇒$
$AB �
� 1.200
1.200 cal
cal
(01)
AB � Correta.
$ � p � ∆V ⇒ $ � Área AB
volume
Portanto:
$
�constante
1.200 cal(isovolumétrica); BC: pressão constante (isobárica); CD:
(08) AB:
Correta.
Portanto:
$ABC
ABC � 1.200 cal
temperatura
constante
(isotérmica).
Na
transformação
isotérmica,
∆U � 0; logo, Q � $, que corresponde nume(02) ricamente
Correta. à área destacada no gráfico.
V e T diretamente proporcionais (transformação isobárica).
(04) Correta.
N
Resposta:
$ � pd � ∆V ⇒ $ � Área
Considerando
(08) Correta. a primeira lei da Termodinâmica, ∆U � Q � $, a temperatura aumenta se Q � $, pois haverá aumento da energia interna (∆U � 0). Ao contrário,
∆U � Q � $ � 150 � 60 ⇒ ∆U � 90 J
Resposta: b
3
da Física • Volume
2 • Capítulo
9
Supondo queOsafundamentos
pressão
se mantenha
constante,
a temperatura
do gás aumenta
Observação
Unidade D
(ocorre3aumento
energiaTestes
interna)
edao Termodinâmica
volume aumenta (o gás realiza trabalho
Capítulo
9 As leis
propostos
3 da
3
∆U � $ �
� 60 ⇒ ∆U � 90 J
na expansão).
os fundamentos
2
2
T.181
da física
T.181
T.182
T.180
T.182
2
Resoluções dos testes propostos
Resposta: b
Supondo
a pressão
se �
mantenha
constante,
a temperatura do gás aumenta
Resposta:que
� 15 (01
02 � 04 �
08)
aSoma
(ocorre
aumento da energia interna) e o volume aumenta (o gás realiza trabalho
(01)
Correta.
A
transformação
BC é isocórica: $BC � 0
na expansão).
AB: volume
constante
(isovolumétrica);
CD:
O trabalho
total realizado
pelo
gás correspondeBC:
aopressão
trabalhoconstante
realizado (isobárica);
na transformatemperatura
constante
ção isobárica
AB: $ABC
� $AB (isotérmica).
(02) Correta.
Aplicando
equação
Clapeyron
ao �
estado
Resposta: aSoma
� 15de
(01
� 02 � 04
08) inicial A, vem: pVA � nRTA
3
V
e
T
diretamente
proporcionais
(transformação
isobárica).
Mas:
A � 0,1 m ; n � 1 mol; R � 2 cal/mol � K; TA � 300 K; logo:
(01) VCorreta.
(04)
Correta.
p
� 0,1AB:
� volume
1 � 2 � 300
⇒Np � (isovolumétrica);
6.000 cal/m3
constante
BC: pressão constante (isobárica); CD:
$
�
p
�
∆V
⇒
$
�
Área
Observe
que a unidade
em que
a pressão é expressa deve-se às unidades da constemperatura
constante
(isotérmica).
(08)
Correta.
tante
(02) R.
Correta.
Na transformação isotérmica, ∆U � 0; logo, Q � $, que corresponde numeA variação
volume é: proporcionais (transformação isobárica).
V e T de
diretamente
ricamente à área destacada no gráfico.
∆V
VB � VA � 0,3 � 0,1 ⇒ ∆V � 0,2 m3
(04)� Correta.
N
O trabalho
dado por:
$ � prealizado
� ∆V ⇒ $será
� Área
T.183
T.183
T.184
(08)
$
p � ∆V
AB � Correta.
Resposta:
d � 6.000 � 0,2 ⇒ $AB � 1.200 cal
Na transformação
∆U � 0; logo,∆U
Q�
numeConsiderando
a primeiraisotérmica,
lei da Termodinâmica,
� $,
Q que
� $,corresponde
a temperatura
auPortanto: $ABC � 1.200 cal
ricamente
à
área
destacada
no
gráfico.
menta se Q � $, pois haverá aumento da energia interna (∆U � 0). Ao contrário,
a temperatura diminui se Q � $, isto é, o trabalho realizado pelo gás é maior que
o calor recebido, acarretando diminuição da energia interna (∆U � 0).
Resposta: d
Considerando a primeira lei da Termodinâmica, ∆U � Q � $, a temperatura aumenta
se Qe � $, pois haverá aumento da energia interna (∆U � 0). Ao contrário,
Resposta:
aHátemperatura
diminui
se Q �Nesse
$, istoprocesso,
é, o trabalho
realizado
pelo egás
é maiordimique
uma expansão
adiabática.
o volume
aumenta
a pressão
o
calor
recebido, acarretando
diminuição
dadiminui
energia mais
interna
� o0).volume aunui.
Proporcionalmente,
porém,
a pressão
do(∆U
que
menta, pois, além do aumento da área sobre a qual as moléculas incidem, diminui
T.184
T.185
o grau de agitação das moléculas, em virtude da diminuição da temperatura.
Resposta: e
Há uma expansão adiabática. Nesse processo, o volume aumenta e a pressão diminui.
Proporcionalmente,
porém, a pressão diminui mais do que o volume auResposta:
d
menta,adiabática
pois, alémado
aumento da área
sobre
a qual
as moléculas
Sendo
transformação,
não há
troca
de calor
(Q � 0). incidem,
Então, dediminui
acordo
o grau
de agitação
das
moléculas, em∆U
virtude
daComprimindo
diminuição daotemperatura.
com
a primeira
lei da
Termodinâmica,
� �$.
gás, o trabalho é
realizado sobre ele ($ � 0), o que acarreta um aumento da energia interna (∆U � 0)
T.185
e, portanto,d um aumento de temperatura.
Resposta:
Assim: adiabática
I. Correta.
Sendo
a transformação, não há troca de calor (Q � 0). Então, de acordo
II. Correta.
com a primeira
lei da Termodinâmica, ∆U � �$. Comprimindo o gás, o trabalho é
III.
Incorreta.
realizado sobre ele ($ � 0), o que acarreta um aumento da energia interna (∆U � 0)
e, portanto, um aumento de temperatura.
Assim: I. Correta.
II. Correta.
III. Incorreta.
Unidade D
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
os fundamentos
da física
T.186
2
Testes
propostos
Resoluções
dos
testes propostos
Resposta: a
Numa compressão adiabática, temos: Q � 0 ⇒ ∆U � �$
O trabalho realizado sobre o ar ($ � 0) corresponde ao aumento de energia
interna.
T.187
Resposta: c
Em I, o calor recebido é usado para o gás realizar trabalho (expansão) e aumentar
a energia interna e, portanto, a temperatura. Em II, não há variação de volume e,
portanto, o trabalho é nulo. Sendo assim, a quantidade de calor recebido presta-se
apenas para aumentar a energia interna e, portanto, a temperatura.
Logo, a temperatura do gás aumenta mais na situação II do que na situação I.
T.188
Resposta: d
Como os estados inicial e final são os mesmos nos dois processos, as variações de
energia interna são iguais: ∆U1 � ∆U2
O trabalho realizado no processo 1 é maior que o realizado no processo 2, pois a
expansão é realizada sob maior pressão, para uma mesma variação de volume:
$1 � p1 � ∆V e $2 � p2 � ∆V; como p1 � p2, vem: $1 � $2
Sendo a mesma variação de energia interna, é trocada maior quantidade de calor
no processo 1:
∆U � Q1 � $1 � Q2 � $2 ; como $1 � $2 , vem: Q1 � Q2
A alternativa incorreta é d, pois a energia interna dos gases é a mesma no ponto final.
T.189
Resposta: d
I. Correta.
O trabalho é maior na transformação 1 (W1 � W2), pois é realizado sob pressão
mais alta (maior área).
II. Incorreta.
Como os estados inicial i e final f são os mesmos para os dois processos, a
variação de energia interna é a mesma (∆U1 � ∆U2). Portanto, o calor trocado é
maior na transformação em que o trabalho é maior (Q1 � Q2).
III. Correta.
4
4
Unidade D
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
os fundamentos
da física
T.190
2
Testes
propostos
Resoluções
dos
testes propostos
Resposta: Soma � 41 (01 � 08 � 32)
(01) Correta.
A transformação AB é isocórica. A temperatura absoluta do gás aumenta proporcionalmente com a pressão.
(02) Incorreta.
A transformação BC não é isotérmica, pois seria representada graficamente
por uma hipérbole. Além disso, pBVB � pCVC e, na isotérmica, esse produto se
mantém constante.
(04) Incorreta.
Numa compressão isobárica, o volume diminui e a temperatura absoluta
do gás diminui na mesma proporção. Portanto, a energia interna do gás
diminui (∆U � 0).
(08) Correta.
A área interna do ciclo corresponde numericamente ao trabalho realizado
pela massa gasosa e à quantidade de calor trocada com o meio externo:
$�Q�
(30 � 10) � (6 � 105 � 4 � 105 )
⇒ Q � 2 � 106 J
2
(16) Incorreta.
6
p (� 105 N/m2)
B
C
4
N
$BC � A
0
10
30
V (m3)
O trabalho $BC realizado na expansão BC é dado numericamente pela área do
N
trapézio (A) assinalado no gráfico ($BC � A):
$BC �
(6 � 105 � 4 � 105 )
� (30 � 10)
2
$BC � 1 � 107 J
(32) Correta.
Como a transformação AB é isocórica (volume constante), não há realização
de trabalho: $ � 0. Portanto, há equivalência entre a variação de energia
interna e a quantidade de calor trocada pelo gás: ∆U � Q
5
5
Unidade D
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
os fundamentos
da física
T.191
2
Testes
propostos
Resoluções
dos
testes propostos
Resposta: e
a) Incorreta.
Na transformação AB (isocórica), a pressão diminui e a temperatura absoluta
diminui na mesma proporção.
b) Incorreta.
O ciclo ABCA é realizado no sentido anti-horário e, portanto, o trabalho realizado no processo é negativo.
c) Incorreta.
Na etapa AB o trabalho é nulo: $ � 0
d) Incorreta.
A transformação CA é isotérmica e, portanto, devemos ter pV � constante.
Se p � 3 N/m2, teremos:
pV � pC VC ⇒ 3 � V � 1 � 12 ⇒ V � 4 m3
e) Correta.
Na transformação AB, a temperatura diminui e, portanto, a energia interna da
amostra diminui.
T.192
Resposta: b
p (� 104 N/m2)
3
N
2
$�A
1
0
1
2
3
4
V (� 10�2 m3)
O trabalho é dado numericamente pela área interna (A) do ciclo:
$�
(4 � 1) � 10�2 � (3 � 1) � 10�2
� (3 � 1) � 104
2
$ � 5 � 102 J � 0,5 kJ
Em ∆t � 1 s, temos: $total � 20$ � 20 � 0,5 ⇒ $total � 10 kJ
Como Pot �
$ total
10 ⇒ Pot � 10 kW
, vem: Pot �
∆t
1
6
6
Trata-se de uma expansão adiabática.
IV. Incorreta.
Unidade D
Capítulo1da
9 da Termodinâmica
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo
9 proporcionalmente ao 7
No processo
isobárico
→As
2 leis
a temperatura
aumenta
2
os fundamentos
aumento do volume.
Testes
propostos
da física
Resoluções
dos
testes
Os fundamentos
da Física
• Volume
2 •propostos
Capítulo 9
T.195
T.193
T.193
T.193
7
Os fundamentos da
Física propostos
• Volume 2 • Capítulo 9
Testes
Resposta: aSoma � 22 (02 � 04 � 16)
Testes propostos
(01)
Incorreta.
I. Correta.
Resposta:
a para a fonte
Na compressão
adiabática,
a temperatura
do gás aumenta
É rejeitada
fria a parte
do calor recebido
que não e,
seportanto,
converte sua
em
7
7
I. trabalho.
Correta.
energia
Resposta:
a interna aumenta.
ÉCorreta.
rejeitada
(02)
Correta. para a fonte fria a parte do calor recebido que não se converte em
II.
I. Incorreta.
trabalho.
Na
expansão
gás recebe
calor
da
fonte
quente.
No
decorrer
de um
ciclo,
a energia
interna
do
vapor
de
água
aumentar,
É rejeitada
para
aisotérmica,
fonte
fria
ao parte
do
calor
recebido
que
nãopode
se converte
em
II. Incorreta.
(04)
Correta.
diminuir
ou manter-se constante em algum trecho (se a transformação for
trabalho.
No
decorrer
de um
ciclo,
a energia
interna
do avapor
água
pode
aumentar,
Na expansão
adiabática,
o gásde
realiza
trabalho
e, de
portanto,
perde
energia
isotérmica).
Portanto,
no decorrer
um ciclo,
energia
interna
varia,
embora
II. Incorreta.
diminuir
ousofrendo
manter-se
algum
(seágua
a transformação
for
interna,
diminuição
temperatura.
seja
a mesma
noum
início
econstante
no
fim de
doem
ciclo.
No
decorrer
de
ciclo,
a energia
interna
do trecho
vapor de
pode aumentar,
decorrer de
umalgum
ciclo, trecho
a energia
varia, embora
(08)
Incorreta.
III. isotérmica).
Incorreta.
diminuir
ou Portanto,
manter-senoconstante
em
(seinterna
a transformação
for
T.194
T.194
T.193
T.194
seja
a mesma
noprocesso
início
e no
fim do
Em
qualquer
isotérmico,
a fonte
energia
permanece
constante.
Apenas
uma Portanto,
parte
do calor
recebido
da
quente
se transforma
em
trabalho.
isotérmica).
no
decorrer
deciclo.
um
ciclo,
ainterna
energia
interna varia,
embora
7
Os
fundamentos
da
Física
•
Volume
2
•
Capítulo
9
III.
Incorreta.
(16)sejaCorreta.
a mesma no início e no fim do ciclo.
uma parte
do calor
recebido
da
quente
se transforma em trabalho.
Ao reiniciar
o ciclo,
o gás
retorna
às fonte
condições
iniciais.
III. Apenas
Incorreta.
Testes
propostos
Resposta: c
Apenas uma parte do calor recebido da fonte quente se transforma em trabalho.
I. Correta.
Resposta:
Resposta:
Trata-seacde uma compressão adiabática.
I.
Correta.
I. Incorreta.
Correta.c
II.
Resposta:
Trata-se
de para
uma
ÉCorreta.
rejeitada
acompressão
fonte3fria
do calor diminui,
recebido pois
que onão
se converte
em
processo
isobárico
→ 4a adiabática.
aparte
temperatura
volume
diminui.
I. No
II. Incorreta.
trabalho.de uma compressão adiabática.
III.
Correta.
Trata-se
No
processo
isobárico
3 →adiabática.
4 a temperatura diminui, pois o volume diminui.
Trata-se
de uma
expansão
II. Incorreta.
III.
Correta.
decorrer de
um ciclo,
interna do
vapor pois
de água
pode aumentar,
IV. No
Incorreta.
processo
isobárico
3 →a 4energia
a temperatura
diminui,
o volume
diminui.
Trata-se
de
expansão
diminuir
ouuma
manter-se
em algum aumenta
trecho (se
a transformação for
processo
isobárico
1constante
→adiabática.
2 a temperatura
proporcionalmente
ao
III. No
Correta.
IV. aumento
Incorreta.
isotérmica).
Portanto,
no decorrer
de um ciclo, a energia interna varia, embora
douma
volume.
Trata-se
de
expansão
adiabática.
T.195
T.195
T.194
T.195
processo
1 no
→ fim
2 a do
temperatura
aumenta proporcionalmente ao
seja
a mesma isobárico
no início e
ciclo.
IV. No
Incorreta.
do volume.
III. aumento
Incorreta.
No
processo
isobárico 1 → 2 a temperatura aumenta proporcionalmente ao
Resposta: Soma � 22 (02 � 04 � 16)
Apenas uma
do calor recebido da fonte quente se transforma em trabalho.
aumento
do parte
volume.
(01) Incorreta.
Resposta:
Soma � 22adiabática,
(02 � 04 �a 16)
Na compressão
temperatura do gás aumenta e, portanto, sua
(01) energia
Incorreta.
Resposta:
cSoma
interna
� 22aumenta.
(02 � 04 � 16)
Na
compressão
adiabática,
a temperatura do gás aumenta e, portanto, sua
I. Correta.
(02)
Correta.
(01)
Incorreta.
energia
aumenta.
Trata-se
deinterna
uma isotérmica,
compressão
Na expansão
oadiabática.
gás
recebe calordo
dagás
fonte
quente.
compressão
adiabática,
a temperatura
aumenta
e, portanto, sua
(02)
Correta.
II. Incorreta.
(04)
Correta.interna aumenta.
energia
expansão
isotérmica,
recebe
da fonte
quente.
processo
isobárico
3 → 4ooagás
temperatura
diminui,
o volume
diminui.
Na
expansão
adiabática,
gás
realiza calor
trabalho
e, pois
portanto,
perde
energia
(02)NoNa
Correta.
(04)
Correta.
III. Correta.
interna,
sofrendo
diminuição
temperatura.
Na expansão
isotérmica,
o gásderecebe
calor da fonte quente.
Na
expansão
adiabática,adiabática.
o gás realiza trabalho e, portanto, perde energia
de uma expansão
(08)
Incorreta.
(04)Trata-se
Correta.
interna,
sofrendo
diminuição
derealiza
temperatura.
IV. Incorreta.
Em
qualquer
processo
isotérmico,
a energia
interna
permanece
constante.
Na expansão
adiabática,
o gás
trabalho
e, portanto,
perde
energia
(08)
Incorreta.
processo
isobárico
1 → 2 a de
temperatura
aumenta proporcionalmente ao
(16)Nointerna,
Correta.
sofrendo
diminuição
temperatura.
Em
qualquer
isotérmico,
a energia
interna
permanece constante.
do volume.
Ao
reiniciar
o processo
ciclo, o gás
retorna às
condições
iniciais.
(08)aumento
Incorreta.
(16) Em
Correta.
qualquer processo isotérmico, a energia interna permanece constante.
T.195
reiniciar o ciclo, o gás retorna às condições iniciais.
(16) Ao
Correta.
Resposta: Soma � 22 (02 � 04 � 16)
Ao reiniciar o ciclo, o gás retorna às condições iniciais.
(01) Incorreta.
Na compressão adiabática, a temperatura do gás aumenta e, portanto, sua
A primeira lei da Termodinâmica corresponde ao princípio da conservação da energia. Assim, a primeira lei não é violada se o gás recebe 300 J de calor da fonte
Unidade
D
quente, produz 150
J de trabalho
e rejeita 150 J de calor para a fonte fria.
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
8
Entretanto, essa máquina viola a segunda lei da Termodinâmica, pois apresenta8
2
os fundamentos
propostos
que oTestes
máximo
possível,
previsto pelo princípio de Carnot:
da físicaum rendimento maior
Resoluções
dos
testes propostos
Os fundamentos da Física • Volume 2 • Capítulo 9
T.196
T
150 ⇒ § � 0,5 � 50%
§�
�
Testes propostos
Q1 c 300
Resposta:
T.196
Segundo a afirmação
de300
Carnot, não há aprimoramento técnico que possa fazer
T
§ máx. � 1 � 2 � 1 �
� 1 � 0,75 ⇒ §máx. � 0,25 � 25%
400
Resposta:
c Ttérmica
uma
máquina
real
ter rendimento maior que a máquina térmica ideal de
1
8
Segundo a afirmação de Carnot, não há aprimoramento técnico que possa fazer
Carnot.
uma máquina térmica real ter rendimento maior que a máquina térmica ideal de
T.197
T.198
Carnot.
Resposta: ae
T.197
A
primeira
lei da Termodinâmica
corresponde
ao J.princípio
da conservação
da enerEm
1s, o trabalho
obtido na máquina
é $ � 200
A quantidade
de calor fornecida
Resposta:
ea primeira
gia.
Assim,
leimesmo
não é intervalo
violada sedeotempo,
gás recebe
de100
calor
fonte
pela
fonte quente,
nesse
é: Q1300
� 4J �
J �da400
J
A
primeira
lei da 150
Termodinâmica
corresponde
aoJ princípio
da conservação
produz
J decondições,
trabalho
e seria:
rejeita 150
de calor para
a fonte fria.da enerquente,
Seu
rendimento,
nessas
gia. Assim,
aessa
primeira
lei viola
não éa violada
selei
o gás
recebe 300 J de pois
calorapresenta
da fonte
Entretanto,
máquina
segunda
da Termodinâmica,
T
200
⇒ § � 0,5 � 50%
§�
�
quente,
J de
trabalho
e rejeita
150 previsto
J de calorpelo
paraprincípio
a fonte fria.
Q1 produz
400150
um rendimento
maior
que
o máximo
possível,
de Carnot: 8
Os fundamentos da Física • Volume 2 • Capítulo 9
essa
viola atemperaturas
segunda lei T
da
Termodinâmica,
pois
600 K e T2 � 400
K, oapresenta
máximo
Entretanto,
funcionando
T
150 máquina
1�
⇒ § � entre
0,5 �as
50%
§�
�
propostos
Q1
300
um
rendimento
que
oTestes
máximo
possível, previsto pelo princípio de Carnot:
rendimento
que maior
poderia
apresentar
seria:
T.196
T
150 ⇒ § � 300
0,5 ��
§ máx.
� � 1�� T2 �
1 � 400
1§ �
⇒ §máx.
� 25%
⇒50%
� 0,75
1 � 0,67
⇒ �§0,25
q 0,33
� 33%
Q1 c 300
400
T1
600
Resposta:
Segundo
afirmação
de300
Carnot,
não hálei
aprimoramento
técnico que possa fazer
Portanto, aesse
a segunda
da Termodinâmica.
Tfeito contraria
§ máx. � 1 � 2 � 1 �
� 1 � 0,75 ⇒ §máx. � 0,25 � 25%
T
400
uma
máquina
rendimento maior
que a máquina
térmica da
ideal
de
Observe
que a térmica
lei ter
da Termodinâmica
(princípio
da conservação
ener1primeirareal
T.198
Carnot.
gia) não é violada.
Resposta: a
T.197
T.198
Em 1s, o trabalho obtido na máquina é $ � 200 J. A quantidade de calor fornecida
Resposta:
ae
pela
fonte quente,
nesse mesmo intervalo de tempo, é: Q1 � 4 � 100 J � 400 J
A
primeira
lei da Termodinâmica
corresponde
ao J.princípio
da conservação
da enerEm
1s,
o trabalho
obtidocondições,
na máquina
é $ � 200
A quantidade
de calor fornecida
Seu
rendimento,
nessas
seria:
gia. Assim,
a200
primeira
leimesmo
não é intervalo
violada sedeotempo,
gás recebe
de100
calor
fonte
� 4J �
J �da400
J
pela
fonte
nesse
é: Q1300
T quente,
⇒ § � 0,5 � 50%
§�
�
quente,
J decondições,
trabalho e seria:
rejeita 150 J de calor para a fonte fria.
Q1 produz
400150
Seu rendimento,
nessas
essa
violaasatemperaturas
segunda lei T
da
Termodinâmica,
pois
600 K e T2 � 400
K, oapresenta
máximo
funcionando
Entretanto,
T
200 máquinaentre
1�
⇒ § � 0,5 � 50%
§�
�
Q1
400maior
um
rendimento
que
o máximo
possível, previsto pelo princípio de Carnot:
rendimento
que
poderia
apresentar
seria:
Entretanto,
funcionando
entre as temperaturas T1 � 600 K e T2 � 400 K, o máximo
T
150 ⇒ § � 400
§
� � 1�� T2 �
§ � 1 � 0,67 ⇒ § q 0,33 � 33%
1 � 0,5 �⇒50%
§ máx.
Q
300
rendimento
que
apresentar seria:
T1 poderia600
1
Portanto, esseT2feito contraria
segunda lei da Termodinâmica.
300
400 a⇒
� 1§ �
⇒ §máx.
� 25%
� 0,75
1 � 0,67
⇒ �§0,25
q 0,33
� 33%
§ máx. � 1 �
�1�
400
600
Observe que aT1primeira lei
da Termodinâmica (princípio da conservação da enerPortanto,
feito contraria a segunda lei da Termodinâmica.
gia)
não éesse
violada.
Observe que a primeira lei da Termodinâmica (princípio da conservação da ener-
T.198
gia) não é violada.
Resposta: a
Em 1s, o trabalho obtido na máquina é $ � 200 J. A quantidade de calor fornecida
pela fonte quente, nesse mesmo intervalo de tempo, é: Q1 � 4 � 100 J � 400 J
Seu rendimento, nessas condições, seria:
§�
T
200
⇒ § � 0,5 � 50%
�
Q1
400
Entretanto, funcionando entre as temperaturas T1 � 600 K e T2 � 400 K, o máximo
rendimento que poderia apresentar seria:
T
Unidade D
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
os fundamentos
da física
T.199
2
Testes
propostos
Resoluções
dos
testes propostos
Resposta: a
Sendo Q1 � 4,0 � 105 J a quantidade de calor fornecida pela fonte quente e
$ � 5,0 � 104 J � 0,50 � 105 J o trabalho obtido, o rendimento da máquina do
inventor seria:
§�
0,50 � 105 ⇒ § � 0,125 � 12,5%
T
�
Q1
4,0 � 105
As temperaturas das fontes quente e fria, respectivamente, valem:
T1 � (227 � 273) K � 500 K; T2 � (177 � 273) K � 450 K
Assim, o rendimento máximo vale:
§ máx. � 1 �
T2
450 ⇒ §
�1�
máx. � 0,10 � 10%
T1
500
Portanto, a referida máquina tem rendimento maior que o de uma máquina de
Carnot, o que não é possível.
T.200
Resposta: e
Dado: η � 0,3 (ou seja, 30%)
De η � 1 �
0,3 � 1 �
T2
, vem:
T1
T2
T
T
⇒ 2 � 0,7 ⇒ T1 � 2
T1
T1
0,7
Para T 1’ � 2T1, temos: T 1’ � 2 �
Portanto: η’ � 1 �
T2
T2
⇒ T 1’ �
0,7
0,35
T2
T2
⇒ η’ � 1 �
⇒
T ’1
 T2 


 0,35 
⇒ η’ � 1 � 0,35 ⇒ η’ � 0,65 � 65%
T.201
Resposta: d
Para ter rendimento igual a 1, a temperatura da fonte fria teria que ser igual ao
zero absoluto (T2 � 0 K), o que não é possível.
T.202
Resposta: c
As transformações naturais sempre acarretam um aumento da entropia do Universo.
9
9
Unidade D
Os fundamentos
Física
• Volume
2 • Capítulo 9
Capítulo da
9 As
leis
da Termodinâmica
os fundamentos
da física
T.203
2
Testes
propostos
Resoluções
dos
testes propostos
Resposta: Soma � 25 (01 � 08 � 16)
(01) Correta.
Trata-se de uma compressão adiabática na qual é realizado um trabalho sobre
o gás, acarretando aumento na energia interna (Q � 0 ⇒ ∆U � �$).
Como $ � 0, vem: ∆U � 0
(02) Incorreta.
O ciclo de Carnot é composto de duas transformações isotérmicas alteradas
com duas transformações adiabáticas.
(04) Incorreta.
O rendimento da máquina térmica depende das temperaturas da fonte quente
e da fonte fria.
(08) Correta.
Resumidamente, o calor é removido da fonte fria pela vaporização do gás
refrigerante e transferido à fonte quente por sua condensação.
(16) Correta.
T.204
Resposta: e
Com a quebra da lâmpada, ocorre uma expansão livre do ar (considerado um gás
ideal). Nessas condições, podemos considerar que a transformação é adiabática
(Q � 0) e que não há realização de trabalho ($ � 0), pois não houve resistências
contra a expansão do ar. Pela primeira lei da Termodinâmica, a variação da energia
interna também é nula (∆U � 0) e, portanto, a temperatura do gás permanece
constante. A pressão do ar diminui, pois há aumento de volume. Como a transformação é irreversível, a entropia do sistema aumenta.
T.205
Resposta: a
Com a separação das moléculas mais velozes (de maior temperatura) e das moléculas mais lentas (de menor temperatura), torna-se impossível estabelecer o equilíbrio térmico da mistura.
10
10