Questão 01 sobre a 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
b) 400
c) 525
d) 1200
e) 1500
Questão 02. Modelo Enem. 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.
Questão 03. Modelo Enem. 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%.
Questão 04 sobre a Segunda Lei da Termodinâmica: Modelo Enem. 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
Questão 05. (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.
Questão 06. (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.
Questão 07 sobre a Segunda Lei da Termodinâmica: (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.
Questão 08. (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%
Questão 09. (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.
Questão 10 sobre a 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:
01. a;
02. c;
03. a;
04. d;
05. c;
06. b;
07. b;
08. c;
09. b;
10. a. P = 40 MW
b. ∆q = 3°C
Doutorando em Genética e Biologia Molecular – UESC-BA
Mestre em Genética e Biologia Molecular – UESC-BA
Pós-Graduado em Metodologia do Ensino de Biologia e Química – FAEL
Licenciado em Ciências Biologias – IFMT/Campus Juína