Exercício – Termodinâmica (com solução

Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
SOLUÇÃO:
Q2 T2

Q1 T1
Q2
300

1200 400
Q2  900 cal
SOLUÇÃO:
Opção E
Calcularemos primeiramente o rendimento
desta máquina:



Q1

Q1
5 104
105
  0,5  50%

Devemos calcular agora o rendimento
máximo (Carnot), utilizando as temperaturas
na escala kelvin:
  1
T2
T1
SOLUÇÃO:
Observa-se que a referida máquina recebe
1000 cal (4186 J) e realiza 4186 J de
Trabalho, sendo então o rendimento de
100%, violando a 2ª da Termodinâmica:
Opção D
450
500
  0,1  10%
  1
Observamos, portanto, que esta suposta
máquina, operando nas temperaturas
indicadas,
deverá
apresentar
um
rendimento máximo de 10%, logo:
Opção C
Prof. Fred Moura
Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
SOLUÇÃO:
Conforme estudado em sala de aula e
observando o gráfico do ciclo de Carnot,
veremos as fases desse ciclo:
SOLUÇÃO:
Faremos uma importante correção na figura,
na seta que aponta para a fonte quente. Na
verdade ela deve apontar para baixo, pois a
fonte quente fornece calor para a máquina.
Em seguida deduzimos que, se são
fornecidos 400 J à máquina e 800 J são
convertidos em Trabalho, então 3200 J
serão rejeitados para a fonte fria.
Opção B
Com esses dados podemos calcular o que
se pede:
Q2 T2

Q1 T1
3200 300

4000 T1
T1  375 K
Opção A
Prof. Fred Moura
Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
SOLUÇÃO:
SOLUÇÃO:
No processo c → d (expansão adiabática)
não há troca de calor (Q = 0), portanto:
Calculando o Q2 saberemos quanto sobrará
para ser convertido em Trabalho:
U  
Como o volume aumenta:
  0,
Logo:
U  0 , ou seja: a Energia Interna diminui:
Opção C
Q2 T2

Q1 T1
Q2
300

1000 500
Q2  600cal
Se forem fornecidas 1000 cal e 600 cal
rejeitadas para a fonte fria, então foram
utilizadas 400 cal para a realização de
Trabalho.
Opção D
SOLUÇÃO:
Não é preciso muito esforço para percebemos dois grandes erros no item c:
1. Não há transformação isovolumétrica num ciclo de Carnot;
2. Isovolumetricamente significa volume constante, então como é possível comprimir a volume constante?
Opção C
Prof. Fred Moura
Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
SOLUÇÃO:
Só é preciso desenhar o diagrama seguindo as etapas:
1ª Aumento de volume a pressão constante;
2ª Aumento de volume a temperatura constante;
3ª Diminuição de volume a pressão constante;
4ª Aumento da pressão a volume constante.
A única opção a seguir essas etapas:
Opção A
SOLUÇÃO:
A resposta a essa questão pode ser encontrada na questão 8. Mas pode-se resolvê-la da mesma forma
que resolvemos a questão anterior (10.). As etapas estão destacadas no texto da questão na ordem em
que acontecem.
Opção D
Prof. Fred Moura
Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
SOLUÇÃO:
Primeiramente vamos notar a diferença entre a Máquina Térmica e o Refrigerador:
A principal diferença é que a Máquina Térmica recebe calor de uma fonte quente e o converte parcialmente
em Trabalho, rejeitando o restante para uma fonte fria, enquanto que o Refrigerador retira calor de uma fonte
fria (interior da geladeira), realiza Trabalho e rejeita para uma fonte quente (exterior).
e
A eficiência ( e ) de um refrigerador é calculada pela fórmula
realizado, que pode ser facilmente calculado pela fórmula
Pot 

t
Q2

. Precisamos então do Trabalho
3
, já que sabemos a potência (5 ∙ 10 W)
e o tempo (1 min. = 60 s).
Cálculos:
Trabalho
Pot 
Calor da fonte fria (Q2)

t
5 10 3 

60
  3 10 3 J
Q1  Q2  
4,5  103  Q2  3  103
Q2  1,5  103 J
Eficiência
e
Q2

1,5 103
3 103
e  0,5  50%
e
Opção B
Prof. Fred Moura
Exercício – Termodinâmica (com solução comentada)
(ENEM 2009) O esquema mostra um diagrama de
bloco de uma estação geradora de eletricidade
abastecida por combustível fóssil. Se fosse
necessário melhorar o rendimento dessa usina,
que forneceria eletricidade para abastecer uma
cidade, qual das seguintes ações poderia resultar
em alguma economia de energia, sem afetar a
capacidade de geração da usina?
A) Reduzir a quantidade de combustível fornecido
à usina para ser queimado.
B) Reduzir o volume de água do lago que circula
no condensador de vapor.
C) Reduzir o tamanho da bomba usada para
devolver a água líquida à caldeira.
D) Melhorar a capacidade dos dutos com vapor
conduzirem calor para o ambiente.
E) Usar o calor liberado com os gases pela
chaminé para mover um outro gerador.
HINRICHS, R. A.; KLEINBACH, M. Energia e meio ambiente.
São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003 (adaptado).
SOLUÇÃO:
A questão envolve um raciocínio bem simples: basta utilizar o calor liberado com os gases pela chaminé
para mover um outro gerador e com isso aproveitar um energia que estaria sendo “desperdiçada”
As outras opções oferecem alternativas que reduziriam o rendimento da indústria ou não resultaria em
efeito algum.
Opção E
(ENEM 2009) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no
aproveitamento dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e
transportados por longos períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico
de funcionamento de uma geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação
é forçado a circular entre o congelador e a parte externa da geladeira. É por meio
dos processos de compressão, que ocorre na parte externa, e de expansão, que
ocorre na parte interna, que o gás proporciona a troca de calor entre o interior e o
exterior da geladeira.
Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da
geladeira,
A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao
resfriamento da parte interna da geladeira.
B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais
quente, no exterior da geladeira.
C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da
geladeira.
D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente
externo for o seu compartimento interno.
E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua
porta, o que reduz seu consumo de energia.
Disponível em: http://home.howstuffworks.com.
Acesso em: 19 out. 2008 (adaptado).
SOLUÇÃO:
O raciocínio é simples: o calor que precisa ser “roubado” do interior da geladeira não fluirá naturalmente
para o exterior (com maior temperatura), de acordo com a 2ª Lei da Termodinâmica. Para que o processo
aconteça é necessária a realização de Trabalho, portanto de forma não-espontânea.
Opção B
Prof. Fred Moura