Exercícios sobre a Segunda Lei da Termodinâmica

1) Segunda Lei da Termodinâmica: (Puccamp) 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 os dados indicados no esquema, se essa máquina operasse segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T 1, da fonte quente, seria, em Kelvins, igual a:

a) 375 d) 1200

b) 400 e) 1500

c) 525

 

 

2) No século XIX, um industrial pede a um engenheiro que projete uma locomotiva a vapor que transforme em trabalho todo o calor retirado da sua caldeira a alta temperatura, durante um ciclo de funcionamento do motor. Em resposta, o engenheiro argumenta que é impossível atender a tal solicitação, visto que ela contraria a:

a) lei zero da Termodinâmica.

b) primeira lei da Termodinâmica.

c) segunda lei da Termodinâmica.

d) terceira lei da Termodinâmica.

e) quarta lei da Termodinâmica.

 

 

3) Segunda Lei da Termodinâmica: Uma máquina de Carnot (A) opera entre dois reservatórios a 300°C e 400°C, e outra (B) opera entre 300K e 400K. Podemos afirmar que:

a) O rendimento de A é menor que o de B.

b) O rendimento de A é maior que o de B.

c) O rendimento de A e igual ao de B e é de 25%.

d) Com os dados fornecidos, não é possível calcular os rendimentos.

e) Toda máquina de Carnot tem rendimento de 100%.

 

 

4) Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor retirando em um ciclo de operação 1000 J de calor da fonte quente e transferindo 500 J de calor para a fonte fria. Se em 10 segundos a máquina térmica realiza 40 ciclos, marque a alternativa que apresenta o valor da potência dessa máquina:

a) 500 W

b) 20000 W

c) 5000 W

d) 2000 W

 

 

5) Segunda Lei da Termodinâmica: (Ufrgs) Um projeto propõe a construção de três máquinas térmicas, M1, M2 e M3, que devem operar entre as temperaturas de 250 K e 500 K, ou seja, que tenham rendimento ideal igual a 50%. Em cada ciclo de funcionamento, o calor absorvido por todas é o mesmo: Q = 20 kJ, mas espera-se que cada uma delas realize o trabalho W mostrado na tabela abaixo.

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, verifica-se que somente é possível a construção da(s) máquina(s):

a) M1.

b) M2.

c) M3.

d) M1 e M2.

e) M2 e M3.

 

Atividades sobre as Leis da Termodinâmica.

 

6) Segunda Lei da Termodinâmica: (Cefet MG) Um motor de avião com funcionamento a querosene apresenta o seguinte diagrama por ciclo.

A energia, que faz a máquina funcionar, provém da queima do combustível e possui um valor igual a 6,0 × 104. A quantidade de querosene consumida em cada ciclo, em kg, é:

a) 0,070.

b) 0,20.

c) 5,0.

d) 7,5.

e) 15.

 

 

7) (Ufsm) Na primeira fase da revolução industrial, o processo de exploração do carvão, na Inglaterra, foi melhorado com a utilização de máquinas a vapor, para retirar a água acumulada nas minas. Considere uma máquina a vapor representada pelo esquema seguinte:

Q2 é a energia retirada do reservatório de maior temperatura (T2) a cada ciclo. Q1 é a energia cedida ao reservatório de menor temperatura (T1). W é a energia associada ao trabalho da máquina sobre a vizinhança. Então, analise as afirmativas:

I. Pela primeira lei da Termodinâmica, em valores absolutos, Q 1 + Q2 = W.

II. Se o esquema representa uma máquina reversível, o ciclo termodinâmico realizado pela substância de trabalho é formado por duas isotermas e duas adiabáticas.

III. Como o reservatório de temperatura mais alta perde energia e o reservatório de temperatura mais baixa ganha energia, T2 diminui e T1 aumenta; por isso o rendimento diminui com o tempo.

Está(ão) correta(s)

a) apenas I.

b) apenas II.

c) apenas III.

d) apenas I e II.

e) apenas II e III.

 

 

8) Segunda Lei da Termodinâmica: (Ufpa) Um técnico de manutenção de máquinas pôs para

funcionar um motor térmico que executa 20 ciclos por segundo. Considerando-se que, em cada ciclo, o motor retira uma

quantidade de calor de 1200 J de uma fonte quente e cede

800 J a uma fonte fria, é correto afirmar que o rendimento de

cada ciclo é

a) 13,3%

b) 23,3%

c) 33,3%

d) 43,3%

e) 53,3%

 

 

9) (Enem) Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores à combustão e reduzir suas emissões de poluentes são a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar.

 

Disponível em: www.inovacaotecnologica.com.br. Acesso em: 22 jul. 2010 (adaptado).

No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante

a) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado.

b) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal.

c) o funcionamento cíclico de todo os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo.

d) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura.

e) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores.

 

 

10) Segunda Lei da Termodinâmica: (Unicamp) Com a instalação do gasoduto Brasil-Bolívia, a quota de participação do gás natural na geração de energia elétrica no Brasil será significativamente ampliada. Ao se queimar 1,0 kg de gás natural obtém-se 5,0 × 107J de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1227°C. O calor não aproveitado na produção de trabalho é cedido para um rio de vazão 5000l/s, cujas águas estão inicialmente a 27°C. A maior eficiência teórica da conversão de calor em trabalho é dada por n = 1 – (Tmin/Tmáx), sendo T(min) e T(max) as temperaturas absolutas das fontes quente e fria respectivamente, ambas expressas em Kelvin.

Considere o calor específico da água c = 4000 J/kg°C.

a) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica.

b) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina.

 

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Gabarito com as respostas das atividades de Física sobre a Segunda Lei da Termodinâmica:

1) a;

2) c;

3) a;

4) d;

5) c;

6) b;

7) b;

8) c;

9) b;

10) a) P = 40 MW

b) ∆q = 3°C

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