Baixe 2ª LEI DA TERMIDINÂMICA – PARTE 02 e outras Notas de estudo em PDF para Máquinas, somente na Docsity!
1. (Upe-ssa 2 2017) As máquinas térmicas são capazes de converter calor em trabalho. Elas funcionam em ciclos e utilizam duas fontes de temperaturas diferentes: uma quente, de onde recebe calor, e uma fria, para onde o calor rejeitado é direcionado. A respeito das máquinas térmicas, é importante saber que elas não transformam todo o calor em trabalho, ou seja, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 100%.
Fonte: http://www.infoescola.com/fisica/maquina-termica/. Acessado em 15 de julho de 2016. (Adaptado)
Um esquema de máquina térmica eficiente é mostrado na figura a seguir:
No que diz respeito à máquina representada, assinale a alternativa CORRETA. a) Ela é ideal. b) Pode funcionar como esquematizada, uma vez que não viola as Leis da Termodinâmica. c) Só pode funcionar entre essas temperaturas, se o calor rejeitado for igual a 12 kJ.
d) Trabalha abaixo da eficiência de Carnot. e) Não pode funcionar da forma esquematizada.
2. (Imed 2015) Podemos considerar como máquina térmica qualquer dispositivo que receba uma quantidade de calor (^) Q1 e converta parte da energia recebida dessa maneira em trabalho
mecânico W. O calor não aproveitado, chamado Q2 = Q1 − W,é devolvido ao ambiente sem ser aproveitado. Em relação a essas trocas de calor, definimos como eficiência de uma máquina térmica a razão entre o trabalho mecânico W produzido e a quantidade de calor Q entregue à máquina. Em particular, considere uma máquina térmica que opera entre as temperaturas 300 K e 1200 K. Sobre as informações acima descritas, assinale a alternativa
INCORRETA. a) Todas as máquinas térmicas devem satisfazer igualmente a primeira e a segunda lei da termodinâmica. b) A eficiência máxima de uma máquina térmica que opere entre as temperaturas citadas é de
75%. c) Diminuindo pela metade as temperaturas citadas, o rendimento máximo de uma máquina térmica que opere entre essas temperaturas não é alterado. d) Com a tecnologia moderna, é possível construir uma máquina térmica que opere entre as temperaturas citadas com rendimento superior a 75%. e) Devido à segunda lei da termodinâmica, é impossível construir um dispositivo cujo único efeito seja converter calor integralmente em trabalho.
3. (Ufsm 2015) Uma das maneiras de se obter sal de cozinha é a sua extração a partir de sítios subterrâneos. Para a realização de muitas das tarefas de mineração, são utilizadas máquinas térmicas, que podem funcionar, por exemplo, como motores para locomotivas, bombas de água e ar e refrigeradores. A respeito das propriedades termodinâmicas das maquinas térmicas, qual das alternativas é INCORRETA? a) O rendimento de uma máquina térmica funcionando como motor será máximo quando a maior parte da energia retirada da fonte quente for rejeitada, transferindo-se para a fonte fria. b) Uma máquina térmica funcionando como refrigerador transfere energia de uma fonte fria para uma fonte quente mediante realização de trabalho. c) Máquinas térmicas necessitam de duas fontes térmicas com temperaturas diferentes para operar. d) Dentre as consequências da segunda lei da termodinâmica, está a impossibilidade de se construir uma máquina térmica com rendimento de 100%.
e) Todas as etapas de uma máquina térmica operando no ciclo de Carnot são reversíveis.
4. (Ufrgs 2013) Um projeto propõe a construção de três máquinas térmicas, M 1 , M 2 e M 3 , 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.
Máquina W M 1 20 kJ M 2 12 kJ M 3 8 kJ
De acordo com a segunda lei da termodinâmica, verifica-se que somente é possível a construção da(s) máquina(s) a) M 1. b) M 2. c) M 3. d) M 1 e M 2. e) M 2 e M 3.
5. (Udesc 2010) No diagrama p ×V a seguir, está representado o ciclo termodinâmico da
máquina de Carnot, considerada ideal porque tem o maior rendimento entre as máquinas térmicas. O sistema recebe calor da fonte quente à temperatura T 1 e transfere calor para a
fonte fria à temperatura T. 2
Com relação às transformações termodinâmicas que constituem esse ciclo, é correto afirmar que o sistema passa por uma: a) expansão adiabática entre os estados b e d (b →d).
b) expansão isovolumética entre os estados b e c (b →c).
c) compressão isobárica entre os estados c e d (c →d).
d) expansão isotérmica entre os estados a e b (a →b).
e) compressão isotérmica entre os estados d e a (a →d).
6. (Pucmg 2009) 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 300K e 500K. Q e W são, respectivamente, o
Gabarito:
Resposta da questão 1: [E]
Análise das alternativas: [A] Falsa. Seria ideal se o rendimento fosse igual a 100%, o que não é possível, pois a fonte
fria deveria sofrer um resfriamento a 0 Kelvin, impossível para um sistema físico.
[B] Falsa. Para determinar se a máquina pode funcionar como o esquema, devemos testar o rendimento quando usamos as temperaturas e quando usamos o calor trocado, com as equações: 2 2 1 1
T Q
T Q
η = − = −
Usando as temperaturas absolutas: 2 1
T 300
T 1000
η = − = − ∴ η= =
Usando os calores trocados: 2 1
Q (^) 8 kJ 1 1 0,8 80% Q 40 kJ
η = − = − ∴ η= =
Logo, não é possível que a máquina térmica funcione com esse esquema devido a inconsistência dos valores e do rendimento muito alto quando comparado com outras, como por exemplo: motores de automóveis em média 22%, motores a diesel em torno de 25% e turbinas a gás em média de 33%.
[C] Falsa. Neste caso, o rendimento usando os calores, seria:
2 1
Q 12 kJ 1 1 0,7 70% Q 40 kJ
η = − = − ∴ η= =
Contudo ainda temos um rendimento considerado absurdo para máquinas térmicas reais, em que o máximo possível está por volta dos 40%.
[D] Falsa. Pelos cálculos dos rendimentos, nota-se que estão bem acima da eficiência do ciclo de Carnot.
[E] Verdadeira. Conforme constatado no item [B].
Resposta da questão 2: [D]
Analisando as alternativas,
[A] CORRETA. Toda máquina deve satisfazer as duas leis da termodinâmica. A primeira que é uma aplicação do princípio da conservação de energia e a segunda que trata diretamente de máquinas térmicas e seu rendimento.
[B] CORRETA. A eficiência máxima de uma máquina térmica é quando esta opera em um ciclo de Carnot. Desta forma, f Carnot Q
Carnot
Carnot
T 300
T 1200
η
η
η
[C] CORRETA. O rendimento do ciclo de Carnot depende da razão entre as duas temperaturas de operação da máquina. Se as duas forem reduzidas pela metade, logo o rendimento será o mesmo. f Carnot Q
Carnot
Carnot
T 150
T 600
η
η
η
[D] INCORRETA. O Rendimento da máquina térmica operando no ciclo de Carnot é o máximo rendimento que esta pode ter.
[E] CORRETA. A afirmação desta alternativa é a própria segunda lei da termodinâmica, que diz que "Nenhum motor térmico consegue transformar integralmente calor em trabalho".
Resposta da questão 3: [A]
O rendimento de uma máquina térmica é máximo quando a menor parte da energia térmica retirada da fonte quente for rejeitada para a fonte fria.
Resposta da questão 4: [C]
O rendimento de uma máquina térmica é a razão entre o trabalho realizado e o calor recebido. O trabalho máximo que cada uma das máquinas pode realizar é:
máx máx máx
W
W Q 0,5 20 W 10 J.
Q
η = ⇒ = η = ⋅ ⇒ =
Somente é possível a construção da Máquina 3.
Resposta da questão 5: [D]
[D] Correta, pois a temperatura mantém-se constante.
Resposta da questão 6: [C]
Resolução
O rendimento de máquina térmica ideal é dada por rendimento = 1 – T (^) fria/T (^) quente = 1 – 300/500 = 1 – 0,6 = 0,4 = 40%
O rendimento da máquina A é W/Q =
Da máquina B →
Da máquina C →
Desta forma apenas a máquina C pode ser construída.
