REVISÃO DE TERMODINÂMICA
Física

REVISÃO DE TERMODINÂMICA



01. Um gás ideal sofre a transformação A ? B ? C indicada no diagrama.


O trabalho realizado pelo gás nessa transformação, em joules, vale:
a) 2,0.106    b) 1,5.106    c) 1,5.106    d) 1,2.106    e) 1,2.106
WABC= WAB + WBC = (5 ? 2).5.105 + 0 = 15.105= 1,5.106 J. 

02. A figura mostra a variação do volume de um gás ideal, à pressão constante de 4 N/m2, em função da temperatura. Sabe-se que, durante a transformação de estado de A a B, o gás recebeu uma quantidade de calor igual a 20 joules. A variação da energia interna do gás entre os estados A e B foi de:

a) 4 J     b) 16 J    c) 24 J    d) 380 J    e) 420 J
I. W = P.?V = 4.(2 ? 1) = 4 J.
II. ?U = Q ? W =  20 ? 4 = 16 J.

03. Uma certa quantidade de gás ideal realiza o ciclo ABCDA, representado na figura:




Calcule a quantidade de calor usado nesse ciclo.

I. W = b.h = (1,2 ? 0,2).(4 ? 2).102 = 1.2.102 = 200 J. (sentido horário o trabalho é positivo)
II. ?U = Q ? W, num ciclo ?U = 0, logo Q =  W = 200 J.

04. Admita uma máquina térmica, funcionando em ciclo de Carnot, sendo de 300 k a temperatura da fonte fria. Se o rendimento dessa máquina é 20%, a temperatura da fonte quente é:
a) 320 k       b) 360 k       c) 375 k       d) 395 k
? = 1 ? T2/T1? 0,2 = 1 ? 300/T1 ? 300/T1 = 0,8 ? T1 = 300/0,8 = 375 k.

05. Nas transformações isotérmicas dos gases perfeitos, é incorreto afirmar:
a) não há variação de temperatura.
b) a variação da energia interna do gás é nula.
c) não ocorre troca de calor entre o gás e o ambiente.
d) o calor trocado pelo gás com o exterior é igual ao trabalho realizado no mesmo processo.  
?U = O numa transformação isotérmica, logo Q =  W.

06. O tipo de transformação em que é nulo o trabalho efetuado pelo ambiente sobre o gás é:
a) adiabática     b) isobárica     c) isotérmica     d) isométrica  

07. Uma garrafa hermeticamente fechada contém 1 litro de ar. Ao ser colocada na geladeira, onde a temperatura é de 3°C, o ar interno cedeu 10 calorias até entrar em equilíbrio com o interior da geladeira. Desprezando-se a variação de volume da garrafa, a variação da energia interna desse gás foi:
a) - 13 cal       b) 13 cal        c) - 10 cal       d) 10 cal
?U = Q ? W = ? 10 ? 0 = ? 10 cal.

08. Através de uma transformação termodinâmica, uma massa gasosa absorve uma quantidade de calor ?Q  e realiza um trabalho ?W , sofrendo uma mudança ?U  em sua energia interna. Assinale a alternativa correta.
a) ?Q = 0 se a transformação for isotérmica.
b) ?U = 0 se a transformação for adiabática.
c) ?U = ?Q se a transformação for isovolumétrica.
d) ?W = 0 se a transformação for isobárica.

09. Puxa-se lentamente o êmbolo de uma seringa de injeção, que contém ar aprisionado, da marca 1,0 cm3 até a marca de 1,5 cm3. Neste processo a pressão variou de 1,0 N/m2 para 0,50 N/m2, a uma temperatura constante. Sendo de 1,0 cm2 a área da seção transversal do êmbolo da seringa e supondo que se tenha aplicado uma força constante de intensidade 3,0 N, a quantidade de calor trocada exclusivamente neste processo termodinâmico, em joules, é:
a) 1,5x10-2         b) 2,0x10-2        c) 2,5x10-2        d) 3,0x10-2
I. ?V = A.d   0,5 = 1.d    d = 0,5 cm = 5.10-3 m.
II. W = F.d = 3.5.10-3 = 1,5x10-2J.

10. Ao se encher o pneu de uma bicicleta com uma bomba, percebe-se que a temperatura dele aumenta. Tal fenômeno acontece fundamentalmente porque:
a) ao ser injetado no pneu, o ar conduz calor até o seu interior, elevando sua temperatura.
b) ao ser injetado no pneu, sob pressão, o ar no seu interior sofre uma reação química exotérmica, aquecendo-se.
c) ao receber o ar em movimento, forças de atrito têm de atuar, para trazê-lo até o repouso em relação ao pneu, provocando aquecimento do ar.
d) ao ser comprimido para dentro do pneu, realiza-se trabalho sobre o ar, aumentando sua energia interna e, por conseguinte, sua temperatura.

11. A figura mostra três etapas de um processo termodinâmico isotérmico à temperatura T, no qual ?V1 = ?V2= ?V3. Considere que ?W e ?U são o trabalho realizado pelo sistema e a variação de energia interna em cada etapa, respectivamente.

Observando as três etapas, pode-se afirmar corretamente que
a) ?W1 < ?W2e ?U1 > ?U2 .
b) ?W2 > ?W3 e ?U2 = ?U3 .
c) ?W2 < ?W3e ?U2 > ?U3 .
d) ?W3 > ?W2e ?U1 = ?U2 .
?U1 = ?U2= ?U3 = 0(isotérmico). Porém, ?V1 = ?V2= ?V3  A1  A2 A3 , assim temos: ?W1  > ?W2> ?W3.

12. Um mol de um gás ideal sofre uma expansão isobárica com um correspondente aumento de temperatura ?T. Seja R a constante universal dos gases. Neste processo, o trabalho por mol realizado pelo gás é
a) (R/?T)2.      b) R?T.      c) R/?T.      d) (R?T)2.
I. P.V = N.R.?T e W = P.V.
II. W = 1.R.?T = R.?T.

13. Um sistema formado por uma dada massa gasosa sofre uma transformação, absorvendo uma quantidade de calor Q, realizando um trabalho T e sofrendo uma variação ?U em sua energia interna. Analise as características de
cada uma das transformações que passa este sistema e julgue as seguintes proposições, escrevendo V ou F conforme sejam verdadeiras ou falsas, respectivamente.
( ) ?U = O se a transformação for adiabática.
( ) T = Q se a transformação for isotérmica.
( ) Q > T se a transformação for uma expansão isobárica.
( ) ?U = Q se a transformação for isovolumétrica.
( ) Q = 0 se a transformação for isotérmica.
Assinale a alternativa que apresenta a seqüência correta.
a) VFFVF     b) VFVFV     c) VVFVF     d) FVVVF      e) VVVFV
?U = 0 se a transformação for isotérmica e Q = 0 se for adiabática

14. Em uma transformação isotérmica, um gás ideal realiza um trabalho de 200 J. Calcule.
a) A variação da energia interna do gás.
Como a energia interna de um gás ideal só depende da temperatura, e esta não varia, então a variação da energia interna ?U é igual a zero.
b) A energia recebida pelo gás na forma de calor.
Usando a primeira lei da termodinâmica:
?U=Q - W => 0 = Q ? W => Q = W= 200 J.

15. Numa transformação são fornecidas 200 calorias a um sistema sobre o qual se realiza, ao mesmo tempo, um trabalho de 100 joules. Admitindo-se que 1 cal = 4,2 J, pode-se afirmar que o aumento da energia interna desse sistema, em joules, é igual a:
a) 220        b) 620        c) 940        d) 840        e) 740
?U = Q ? W = 200.4,2 + 100 = 840 + 100 = 940 J

16. De acordo com a primeira lei da termodinâmica, se um sistema recebe 200 joules de calor e realiza 200 joules de trabalho, a variação de sua energia interna é, em joules, de:
a) -400       b) -200       c) zero       d) 200       e) 400
?U = Q ? W = 200 ? 200 = 0

17. Perfumes, desodorantes, inseticidas e muitos outros produtos podem ser encontrados na forma de aerossóis. No instante em que pressionamos a válvula reguladora do frasco que contém um desses produtos, o gás se expande rapidamente.


Então, pela Primeira Lei da Termodinâmica, conclui-se que a transformação descrita no texto é
a) não é adiabática e, portanto, há troca de energia com o meio exterior.
b) adiabática e, portanto, não há troca de energia térmica ou calor com o meio exterior.
c) isobárica, e a energia interna do gás permanece constante.
d) isocórica, e a variação da energia interna do gás aumenta.
e) isotérmica, e não há variação da energia interna.

18. 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
Pela 1ª lei da Termodinâmica, ?U = Q ? W = ? 200 ? 200 = ? 400 J.

19. Uma máquina térmica executa o ciclo descrito no diagrama p-V abaixo. O ciclo se inicia no estado A, vai para o B, seguindo a parte superior do diagrama, e retorna para A, passando por C. Sabendo-se que poVo= 13 J, calcule o trabalho realizado por esta máquina térmica ao longo de um ciclo, em joules.  

W = b.h/2 = (3ppo).(3vvo)/2 = 4.poV/ 2 =  2.poVo = 2.13 = 26 J.

20. Uma máquina térmica recebe uma determinada quantidade de calor e realiza um trabalho útil de 400 J. Considerando que o trabalho da máquina é obtido isobaricamente a uma pressão de 2,0 atm, num pistão que contém gás, determine a variação de volume sofrida pelo gás dentro do pistão. Considere 1,0 atm = 1,0.105N/m2.
a) 2,0.10-3        b) 10-3        c) 8.10-3        d) 5.10-4
?V = W/P = 400/2.105= 2,0.10-3.

21. Uma máquina térmica realiza em cada segundo quatro ciclos de Carnot. Em cada ciclo a máquina recebe 1000 J da fonte quente e cede 600 J para a fonte fria. A potência e o rendimento da máquina, respectivamente, são
a) 1000 W e 50%     b) 1600 W e 40%     c) 1200 W e 30%      d) 1400 W e 50%
I. W = Q1 ? Q2= 1000 ? 600 = 400 J.
II. ? = W/Q1 = 400/1000 = 0,40 = 40 %.
III. P = W/?t = 400/1 = 400 W, como são quatro ciclos temos P = 4.400 = 1600 W.

22. Uma máquina de CARNOT, reversível, é projetada para operar entre duas fontes térmicas, seguindo o ciclo representado a seguir.

O rendimento da referida máquina é
a) 10%      b) 20%     c) 25%      d) 50%     e) 80%
? = 1 ? T2 / T1= 1 ? 400/500 = 1 ? 0,8 = 0,2 = 20%

23. A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de
a)  20%.     b)  25%.      c)  75%.      d)  80%.     e)  100%
? = 1 ? Q2 / Q1 = 1 ? 36/45 = 1 ? 0,8 = 0,2 = 20%

24. Um motor de Carnot recebe da fonte quente 100 cal por ciclo e rejeita 80 cal para a fonte fria. Se a temperatura da fonte quente é de 127 °C, qual a temperatura da fonte fria?  
Q1/Q2 = T1/T2=> 100/80 = 400/T2 => T2 = 80.4 = 320 k = 320 ? 273 = 470C.

25. O rendimento de certa máquina térmica de Carnot é de 40%, e a fonte fria é a própria atmosfera a 27 °C. Qual a temperatura da fonte quente?
? = 1 ? T2 / T1 => 1 - 0,4 = 300/ T1 => T1 = 300/0,6 = 500 K.

26. O esquema a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Os valores de T1 e Q2 não foram indicados, mas deverão ser calculados durante a solução desta questão.


Considerando-se os dados indicados no esquema, se essa máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T1, da fonte quente, serial igual a:
a) 375 K     b) 400 K     c) 525 K     d) 1.200 K     e) 1.500 K
Q2 = Q1? ? = 4 000 ? 800 = 3 200 J.
Como: T1/T2= Q1/Q2, então: T1/300 = 4 000/3 200  T1 = 375 K.

27. O rendimento real de um motor a gasolina está entre 20% e 25%. As perdas mecânicas e térmicas desse motor atingem de 75% a 80% da energia liberada pelo combustível. As perdas térmicas, calor trocado com o ambiente pelo sistema de refrigeração, atingem 30%. Outros 35% acompanham os gases expelidos ainda a altas temperaturas e mais 10% são perdas mecânicas, devido ao atrito das superfícies metálicas e à inércia do pistão. O rendimento de uma máquina térmica é definido pela razão entre a energia mecânica obtida (por meio do trabalho) e a energia total fornecida pela explosão do combustível: ? = W/Q.
Um dos procedimentos usados para elevar o rendimento de um motor a explosão é aumentar a razão entre o volume máximo e o mínimo que a mistura ocupa dentro do cilindro. Essa relação depende do combustível utilizado. Nos motores a gasolina, o volume máximo é oito vezes maior que o mínimo, isto é, a sua taxa de compressão é de 8:1; nos motores a álcool, essa taxa é de 12:1, e, nos motores a diesel, é de 18:1. Assim, quanto mais diminuímos o volume mínimo, maior será a taxa de compressão e o rendimento. No entanto, esse volume mínimo tem seu limite, pois o combustível pode explodir mesmo sem faísca, quando muito comprimido. Por isso, acrescenta-se ao combustível um antidetonante ? que no caso da gasolina é o álcool anidro.
A alternativa correta, com base no texto anterior, é:
A) Em um motor a explosão, as maiores perdas são mecânicas, devido ao atrito entre as superfícies metálicas.
B) Dos combustíveis citados, o álcool não precisa de antidetonante, pois ele próprio é antidetonante.
C) O álcool anidro é misturado à gasolina para aumentar o rendimento do motor.
D) Um motor a explosão pode ter um rendimento muito próximo de 100%.
E) A maior taxa de compressão ocorre nos motores a diesel (18:1). Assim, dos combustíveis citados, o diesel é o que apresenta maior rendimento.
A maior taxa de compressão ocorre nos motores a diesel (18:1), fazendo com que eles apresentem maior rendimento.

28. A palavra ciclo tem vários significados na linguagem cotidiana. Existem ciclos na economia, na literatura, na história e, em geral, com significados amplos, pois se referem a tendências, épocas, etc. Em termodinâmica, a palavra ciclo tem um significado preciso: é uma série de transformações sucessivas que recolocam o sistema de volta ao seu estado inicial com realização de trabalho positivo ou negativo e a troca de calor com a vizinhança. Assim, por exemplo, os motores automotivos foram bem compreendidos a partir das descrições de seus ciclos termodinâmicos. Considere o quadro a seguir onde são apresentadas três máquinas térmicas operando em ciclos entre fontes de calor nas temperaturas 300 k e 500 k. Q e W são, respectivamente, o calor trocado e o trabalho realizado em cada ciclo.

 Máquina 
 Q(Joule) 
 W(Joule) 
A
10.000
10.000
B
12.000
6000
C
8000
3000

De acordo com a termodinâmica, é possível construir:
A) as máquinas A, B e C.                   
B) a máquina B apenas.                  
C) a máquina C apenas.              
D) a máquina A apenas.
E) as máquinas A e B.
Cálculo do máximo rendimento dessa máquina: ? = 1 ? 300/500 = 1,0 ? 0,6 = 0,4 = 40%. Logo nenhuma das máquinas pode ter rendimento superior a 0,4.
Para A: ? =10.000/10.000 = 1 (não pode, superior a 0,4)
Para B: ? = 6.000/12.000 = 0,5 (não pode, superior a 0,4).
Para C:  ? =3.000/8.000 = 0,375 (pode, inferior a 0,4).

29. Uma estudante do terceiro ano do Ensino Médio reside numa casa situada a 900 m acima do nível do mar. Ela está interessada em descobrir qual é a temperatura de ebulição da água, fervendo em uma panela aberta, na cozinha de sua casa. Ela pesquisa e descobre que a pressão atmosférica diminui 1 cmHg para cada 100 m de elevação na atmosfera da Terra. Em seguida, consultando a tabela abaixo, que relaciona a pressão atmosférica exercida sobre a água, p, com sua temperatura de ebulição, T, conclui, de forma correta, que a temperatura de ebulição procurada, em °C, é:
P (cmHg)
76
72
67
64
60
T (°C)
100
98
97
95
93

A) 98        B) 95      C) 100      D) 93       E) 97
De acordo com o texto, a pressão atmosférica diminui de 1 cmHg para cada 100 m de elevação, então: P = 76 ? 9 = 67 cmHg que corresponde a 970 C. Obs.: 900/100 = 9 cmHg.

30. Considerando que a máquina acima opera, aproximadamente, segundo um ciclo de Carnot conforme ilustrado abaixo. Podemos concluir que:

A) Na etapa de a => b do ciclo o processo é isotérmico e o calor transferido pela máquina é recebido.
B) Na etapa de b => c do ciclo o processo é adiabático e o calor transferido pela máquina é recebido.
C) Na etapa de c => d do ciclo o processo é isotérmico e o calor transferido pela máquina é cedido.
D) Na etapa de d => a do ciclo o processo é isocórico e o calor transferido pela máquina é cedido.
E) Na etapa de a => b do ciclo o processo é isobárico e o calor transferido pela máquina é nulo.
Na etapa de a => b do ciclo o processo é isotérmico e o calor transferido pela máquina é recebido.
Na etapa de b => c do ciclo o processo é adiabático e o calor transferido pela máquina é nulo.
Na etapa de c => d do ciclo o processo é isotérmico e o calor transferido pela máquina é cedido.
Na etapa de d => a do ciclo o processo é adiabático e o calor transferido pela máquina é nulo.

31. O gráfico pressão (p) volume (V) representa as transformações AB e BC experimentadas por um gás ideal:


Qual o trabalho mecânico realizado pelo gás durante a expansão de A
até C? Dê a resposta em joules.

WABC = WAB + WBC = (B + b).h/2 + b.h = (30 + 10).1/2 + (3 - 1).30 = 40/2 + 2.30 = 20 + 60 = 80 J.

32. No processo isobárico indicado no gráfico, um gás perfeito recebeu 2 000 J de energia do ambiente.

Que variação ocorreu na energia interna desse gás?

I. W = b.h = (60 - 20).30 = 40.30 = 1200 J.
II.?U = Q ? W = 2000 - 1200 = 800 J.





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