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Corrente Termodinâmica - ENEM - Fixação

1 de 17 Prof. Allan Borçari

1. (Upe-ssa 2 2017) Um estudo do ciclo termodinâmico sobre um gás que está sendo testado para uso em um motor a

combustão no espaço é mostrado no diagrama a seguir.

Se intE representa a variação de energia interna do gás, e Q é o calor associado ao ciclo, analise as alternativas e assinale a

CORRETA. a) intE 0, Q 0

b) intE 0, Q 0

c) intE 0, Q 0

d) intE 0, Q 0

e) intE 0, Q 0

2. (Ufrgs 2017) Observe a figura abaixo.

A figura mostra dois processos, I e II, em um diagrama pressão (P) volume (V) ao longo dos quais um gás ideal pode ser

levado do estado inicial i para o estado final f.

Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

De acordo com a 1ª Lei da Termodinâmica, a variação da energia interna é __________ nos dois processos. O trabalho IW

realizado no processo I é __________ que o trabalho IIW realizado no processo II.

a) igual − maior b) igual − menor c) igual − igual d) diferente − maior e) diferente − menor



3. (Espcex (Aman) 2017) Durante um experimento, um gás perfeito é comprimido, adiabaticamente, sendo realizado sobre ele

um trabalho de 800 J. Em relação ao gás, ao final do processo, podemos afirmar que:

a) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão aumentou. b) o volume diminuiu, a temperatura diminuiu e a pressão aumentou. c) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu. d) o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão aumentou. e) o volume aumentou, a temperatura aumentou e a pressão diminuiu. 4. (Epcar (Afa) 2017) Um sistema termodinâmico constituído de n mols de um gás perfeito monoatômico desenvolve uma

transformação cíclica ABCDA representada no diagrama a seguir.

De acordo com o apresentado pode-se afirmar que a) o trabalho em cada ciclo é de 800 J e é realizado pelo sistema.

b) o sistema termodinâmico não pode representar o ciclo de uma máquina frigorífica uma vez que o mesmo está orientado no

sentido anti-horário. c) a energia interna do sistema é máxima no ponto D e mínima no ponto B. d) em cada ciclo o sistema libera 800 J de calor para o meio ambiente.

5. (Ueg 2016) A energia interna de um gás perfeito (gás ideal) tem dependência somente com a temperatura. O gráfico que

melhor qualifica essa dependência é

a)

b)



c)

d) 6. (Uefs 2016)

Um fluido se expande do estado A para o estado B, como indicado no diagrama da figura.

Analisando-se essas informações, é correto afirmar que o trabalho realizado nessa expansão, em kJ, é igual a

a) 2,3

b) 2,2

c) 2,1

d) 2,0

e) 1,9

7. (Efomm 2016) O diagrama PV da figura mostra, para determinado gás ideal, alguns dos processos termodinâmicos possíveis.

Sabendo-se que nos processos AB e BD são fornecidos ao gás 120 e 500 joules de calor, respectivamente, a variação da

energia interna do gás, em joules, no processo ACD será igual a



a) 105 b) 250 c) 515 d) 620 e) 725

8. (Uern 2015) Num sistema termodinâmico um gás ideal, ao receber 300J do meio externo, realiza um trabalho de 200J. É

correto afirmar que a) a transformação é adiabática. b) a temperatura do sistema aumentou. c) o volume do gás permanece constante. d) a variação de energia interna é negativa. 9. (Fuvest 2015) Certa quantidade de gás sofre três transformações sucessivas, A B, B C e C A, conforme o

diagrama p V apresentado na figura abaixo.

A respeito dessas transformações, afirmou-se o seguinte:

I. O trabalho total realizado no ciclo ABCA é nulo.

II. A energia interna do gás no estado C é maior que no estado A.

III. Durante a transformação A B, o gás recebe calor e realiza trabalho.

Está correto o que se afirma em: a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) II e III.



10. (Ufpr 2017) Uma máquina térmica teórica ideal teve um dimensionamento tal que, a cada ciclo, ela realizaria trabalho de

50 cal e cederia 150 cal para a fonte fria. A temperatura prevista para a fonte quente seria de 127 C. Determine:

a) O rendimento dessa máquina térmica.

b) A temperatura prevista para a fonte fria, em graus Celsius. 11. (Uemg 2017) Uma máquina térmica que opera, segundo o ciclo de Carnot, executa 10 ciclos por segundo. Sabe-se que, em

cada ciclo, ela retira 800 J da fonte quente e cede 400 J para a fonte fria. Se a temperatura da fonte fria é igual a 27 C, o

rendimento dessa máquina e a temperatura da fonte quente valem, respectivamente, a) 20%; 327 K.

b) 30%; 327 K.

c) 40%; 700 K.

d) 50%; 600 K.

12. (Famema 2017) Duas máquinas térmicas ideais, 1 e 2, têm seus ciclos termodinâmicos representados no diagrama pressão

volume, no qual estão representadas quatro transformações isotérmicas maior(T e menorT ) e quatro transformações

adiabáticas. O ciclo ABCDA refere-se à máquina 1 e o ciclo EFGHE, à máquina 2.

Sobre essas máquinas, é correto afirmar que, a cada ciclo realizado, a) o rendimento da máquina 1 é maior do que o da máquina 2. b) a variação de energia interna sofrida pelo gás na máquina 1 é maior do que na máquina 2. c) a variação de energia interna sofrida pelo gás na máquina 1 é menor do que na máquina 2. d) nenhuma delas transforma integralmente calor em trabalho. e) o rendimento da máquina 2 é maior do que o da máquina 1. 13. (G1 - ifsul 2016) Durante cada ciclo, uma máquina térmica absorve 500 J de calor de um reservatório térmico, realiza

trabalho e rejeita 420 J para um reservatório frio. Para cada ciclo, o trabalho realizado e o rendimento da máquina térmica são,

respectivamente, iguais a a) 80 J e 16%

b) 420 J e 8%

c) 420 J e 84%

d) 80 J e 84%



14. (Ufrgs 2016) Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um

reservatório em temperatura qT 527 C, e liberando calor para um reservatório em temperatura fT 327 C.

Para realizar um trabalho (W) de 600J, o calor absorvido deve ser de

a) 2.400J.

b) 1.800J.

c) 1.581J.

d) 967J.

e) 800J.

15. (Uem 2016) Considerando os princípios da termodinâmica e os conceitos de máquinas térmicas, assinale a(s) alternativa(s)

correta(s). 01) Uma pessoa coloca um pêndulo para oscilar e não mais toca o mesmo. Com o passar do tempo a altura máxima do pêndulo

vai diminuindo. Consequentemente, a energia interna do sistema aumenta, pois o pêndulo absorve a energia cinética

perdida. 02) Dois corpos possuem temperaturas diferentes. Se colocarmos estes dois corpos em contato, normalmente, de forma

espontânea, a energia térmica do mais quente passará ao mais frio até que ocorra o equilíbrio térmico. Porém, existem

situações onde o único efeito é trânsito espontâneo da energia térmica de um corpo mais frio para outro mais quente. 04) No Brasil a maioria dos carros, movidos a álcool ou a gasolina, utilizam motores de combustão interna de quatro tempos, de

acordo com o ciclo de Otto. Neste tipo de sistema a energia é fornecida na forma de calor por meio da queima do

combustível. 08) Uma geladeira recebe trabalho (por meio da energia elétrica proveniente da rede elétrica) e o usa de modo a retirar energia

sob a forma de calor do seu interior, transferindo-a por condução para o exterior. 16) O ciclo de Carnot consiste em duas transformações adiabáticas e duas transformações isotérmicas, irreversíveis. Uma

máquina térmica construída utilizando esse ciclo apresenta um menor rendimento quando comparado com uma que trabalha

utilizando o ciclo de Otto. 16. (Esc. Naval 2016) Analise o gráfico abaixo.



Se entre os estados A e B mostrados na figura, um mol de um gás ideal passa por um processo isotérmico. A(s) curva(s) que

pode(m) representar a função P f(V) desse processo, é(são)

a) 1 e 5 b) 2 c) 3 d) 4 e) 2 e 4 17. (Ufjf-pism 2 2015) Em um experimento controlado em laboratório, uma certa quantidade de gás ideal realizou o ciclo

ABCDA, representado na figura abaixo.

Nessas condições, analise as afirmativas, a seguir, como verdadeiras (V) ou falsas (F).

01) ( ) No percurso AB, o trabalho realizado pelo gás é igual a 26 10 J.

02) ( ) No percurso BC, o trabalho realizado é nulo.

04) ( ) No percurso CD, ocorre diminuição da energia interna.

08) ( ) Ao completar cada ciclo, o trabalho líquido é nulo.

16) ( ) Utilizando-se esse ciclo em uma máquina, de modo que o gás realize quatro ciclos

por segundo, a potência dessa máquina será igual a 212 10 W.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas verdadeiras. a) 08 b) 09 c) 11 d) 23 e) 24 18. (Ufrgs 2013) 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.



Máquina W

M1 20 kJ

M2 12 kJ

M3 8 kJ

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. 19. (Esc. Naval 2013) Uma máquina térmica, funcionando entre as temperaturas de 300 K e 600 K fornece uma potência

útil, uP , a partir de uma potência recebida, rP . O rendimento dessa máquina corresponde a 4 5 do rendimento máximo

previsto pela máquina de Carnot. Sabendo que a potência recebida é de 1200 W, a potência útil, em watt, é

a) 300 b) 480 c) 500 d) 600 e) 960 20. (Enem 2012) 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. 21. (Ufmg 2011) Um pistão – constituído de um cilindro e de um êmbolo, que pode se mover livremente – contém um gás

ideal, como representado na Figura I. O êmbolo tem massa de 20 kg e área de 20,20 m .

Nessa situação, o gás está à temperatura ambiente e ocupa um volume VI.

Considere quaisquer atritos desprezíveis e que a pressão atmosférica é de 101 kPa.



1. Com base nessas informações, determine a pressão do gás dentro do pistão.

2. Em seguida, o pistão é virado de cabeça para baixo, como mostrado na Figura II.

Nessa nova situação, a temperatura continua igual à do ambiente e o volume ocupado pelo gás é IIV .

Com base nessas informações, determine a razão II IV / V entre os volumes.

3. Assinalando com um X a opção apropriada, responda:

Ao passar da situação representada na Figura I para a mostrada na Figura II, o gás dentro do cilindro cede calor, recebe calor

ou não troca calor?

( ) Cede calor. ( ) Recebe calor. ( ) Não troca calor.

Justifique sua resposta.



Gabarito: Resposta da questão 1:

[B]

Para um ciclo completo, a variação da energia interna é nula.

intE 0

Mas, pela Primeira Lei da Termodinâmica:

intE Q W

Então: 0 Q W W Q

Como o ciclo acontece no sentido anti-horário, tanto trabalho quanto calor é negativo.

W Q W 0 e Q 0.

Resposta da questão 2:

[B]

A variação da energia interna de um gás ideal depende tão somente da sua temperatura absoluta. Nota-se para os dois processos

apresentados que as temperaturas inicial e final são iguais, portanto as variações da energia interna também serão iguais.

O trabalho é representado pela área sob a curva, com isso, identifica-se que o processo I o trabalho realizado é menor quando

comparado ao processo II.


[D]

Partindo da 1ª Lei da Termodinâmica, tem-se que:

U Q (1)Δ τ

sendo UΔ a variação da energia interna do gás, Q o calor inserido no gás e τ o trabalho realizado pelo gás.

Como o processo é adiabático, ou seja, sem troca de calor, Q 0 J.

Como o trabalho foi realizado sobre o gás, então 0,τ ou seja, 800 J.τ



Substituindo-se esses valores na equação 1, tem-se que:

U 0 ( 800) 800 J

U 800 J

Δ

Δ

Para gases perfeitos, é válida a seguinte relação:

3U n R T (2)

2Δ Δ

sendo n o número de moles do gás, R a constante universal dos gases e TΔ a variação da temperatura do gás.

Como U 800 J 0,Δ então, pela equação 2, T 0.Δ

Como o trabalho está sendo realizado sobre o gás, ou seja, o mesmo está sendo comprimido, então V 0,Δ quer dizer, o gás

reduz de volume.

Da equação de Clapeyron para gases perfeitos:

n R TpV n R T p (3)

V

E considerando que T aumentou ( T 0)Δ e V diminuiu ( V 0),Δ conclui-se da equação 3 que p aumentou ( p 0).Δ

Logo, o volume diminuiu, a temperatura aumentou e a pressão aumentou. Resposta da questão 4:

[D]

Deve-se notar que o ciclo é anti-horário e que o volume está expresso em litro 3 3(1L 10 m ), tratando-se de um ciclo

refrigerador.

O trabalho (W) recebido a cada ciclo é calculado pela área interna do ciclo:

3 5W 6 2 10 3 1 10 W 800 J.

Como numa transformação cíclica a variação da energia interna é nula, aplicando a primeira lei da termodinâmica ao ciclo,

vem:

Q U W Q 0 800 Q 800 J.

O sinal negativo indica calor liberado para o meio ambiente. Resposta da questão 5:

[A]

Sabendo que a energia interna de um gás é dada por:

3E nRT

2

Onde,

3nR Cte.

2

Podemos afirmar que a relação entre a Energia Interna de um gás e sua temperatura é diretamente proporcional. Assim, o único

gráfico que representa esta relação é o da alternativa [A].




[C]

O trabalho corresponde à área hachurada

1 2 3

6 4

W A A A

5 2W 4 2 5 6 4 8 6 2 10 10 2.100 J W 2,1kJ.

2


[C]

A variação da energia interna ( U),Δ para os dois caminhos ABD e ACD devem ser iguais:

ABD ACDU U 1Δ Δ

De acordo com a primeira Lei da Termodinâmica:

ABD ABD ABD

ABD

33 3

ABD ABD ABD6 3

Q U W U Q W

U Q W 2

Q 120 J 500 J 620 J

1mW p V W 70 10 Pa 4000 2500 cm W 105 J

10 cm

Δ Δ

Δ

Δ

Logo, substituindo os valores na equação (2):

ABD ABDU 620 J 105 J U 515 JΔ Δ

E, finalmente, pela igualdade em (1):

ABD ACDU U 515 JΔ Δ


[B]

Sabendo da convenção de sinais com relação a calor e trabalho em um sistema termodinâmico e analisando o enunciado,

podemos dizer que:

W 200 J

Q 300 J



Ou seja, tanto o calor quanto o trabalho são maiores que zero.

Assim, analisando as alternativas, temos que:

[A] INCORRETA. Uma transformação é dita adiabática quando não existe troca de calor com o meio externo. O próprio

enunciado afirma que existe uma troca de calor.

[B] CORRETA. Se o meio recebeu calor e sabendo que a energia interna é dada por:

3U n R T

2

E que pela primeira lei da termodinâmica temos que:

Q Uτ Δ

Assim,

300 200 U

U 100 J

Δ

Δ

Logo, a energia interna aumenta e a temperatura também.

[C] INCORRETA. Se o gás realiza trabalho, o volume vai variar.

[D] INCORRETA. Como visto no item [B], a variação de energia interna é positiva. Resposta da questão 9:

[E]

[I] Incorreta. Como o ciclo é anti-horário, o trabalho é negativo e seu módulo é numericamente igual a área do ciclo.

[II] Correta. A energia interna (U) é diretamente proporcional ao produto pressão volume. Assim:

C C A A C Ap V p V U U .

[III] Correta. Na transformação A B, ocorre expansão, indicando que o gás realiza trabalho (W 0). Como há também

aumento da energia interna ( U 0).Δ

Pela 1ª Lei da Termodinâmica:

Q U W Q 0Δ o gás recebe calor.


a) Rendimento da máquina térmica ideal :η

Obtemos o rendimento fazendo a razão entre o trabalho realizado τ e a quantidade de calor recebido pela máquina térmica

1Q .

1Q

τη

Mas, o trabalho realizado é igual à diferença entre as quantidades de calor recebido pela fonte quente e cedido para a fonte

fria:

1 2 1 1Q Q 50 cal Q 150 cal Q 200 calτ

E o rendimento será:

1

50 cal0,25 ou 25%

Q 200 cal

τη η η

b) A temperatura prevista para a fonte fria é dada pela proporcionalidade entre as quantidades de calor e as temperaturas

absolutas:



1 1

1 12

2 2 2

T 127 273 T 400 K

Q T 200 cal 400 KT 300 K

Q T 150cal T

Em graus Celsius:

2 2T 300 273 T 27 C


[D]

O rendimento dessa máquina é dado por:

1

2

Q 400 J1 1 0,5 ou 50%

Q 800 Jη η η

A temperatura da fonte quente pode ser obtida com equação semelhante, utilizando na escala Kelvin:

12

2 2

T 300 K1 0,5 1 T 600 K

T Tη


[D]

De acordo com a segunda lei da termodinâmica, é impossível uma máquina térmica, operando em ciclos, transformar

integralmente calor em trabalho. Resposta da questão 13:

[A]

Da 1ª Lei da Termodinâmica:

quente fria

quente

Trabalho: W Q Q 500 420 W 80 J.

W 80 Rendimento: 0,16 16%.

Q 500η η


[A]

Para calcular o rendimento de uma máquina térmica ideal usa-se a equação:

fria

quente

T1 ,

Tη

com as temperaturas expressas na escala Kelvin

327 273 6001 1 0,25 ou 25%

527 273 800η η η

Mas o rendimento se relaciona com o trabalho e a fonte quente:

quente quente quentequente

W W 600 JQ Q Q 2400 J

Q 0,25η

η


04 + 08 = 12.

Justificando os itens falsos:



[01] Falso. A energia cinética não é absorvida, é transformada em outros tipos de energia, por exemplo, energia potencial.

[02] Falso. Ainda não foi observado na natureza um trânsito espontâneo da energia térmica de um corpo mais frio para outro

mais quente. O que é observado é que a energia térmica do mais quente passará ao mais frio até que ocorra o equilíbrio

térmico.

[16] Falso. A figura abaixo representa o ciclo de Carnot, onde as transformações são reversíveis e possuem um rendimento

teórico máximo, onde toda a energia é transformada em trabalho( o que impossível de acontecer no mundo real, por conta

disso, é um modelo teórico). Dessa forma o ciclo de Otto nunca poderá ter um rendimento maior que o ciclo de Carnot.


[B]

Num processo isotérmico, o produto PV deve se manter constante, e o gráfico de P V deve se assemelhar ao de uma

hipérbole, melhor representada apenas pela curva 2. Resposta da questão 17:

[D]

[01] Verdadeira. 2 2AB B AB ABW p V 6 10 2 1 W 6 10 J.Δ

[02] Verdadeira. A transformação BC é isométrica, não havendo realização de trabalho.

[04] Verdadeira. 2 23 3U p V 3 10 1 2 U 4,5 10 J. U 0 U diminui

2 2Δ Δ Δ Δ

[08] Falsa. 2 2ciclo ciclo cicloW A 3 10 2 1 W 3 10 J.

[16] Verdadeira. 2

2cicloot ot

4 W 4 3 10P P 12 10 W.

t 1Δ

Portanto, a soma das proposições corretas será: 01 + 02 + 04 + 16 = 23, conforme consta na alternativa [C]. Resposta da questão 18:

[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:

máxmáx máx

W W Q 0,5 20 W 10 J.

Qη η



Somente é possível a construção da Máquina 3. Resposta da questão 19:

[B]

O rendimento máximo máx( )η de uma máquina térmica é dado pela razão da diferença de temperatura entre as fontes quente e

fria e a fonte quente.

1máx

2

T 300K 11 1

T 600K 2η η

e

máx4 4 1 4

5 5 2 10η η

Como:

u r u u4

P P P 1200W P 480 W10

η


[B]

A segunda lei da Termodinâmica afirma: “É impossível uma máquina Térmica, operando em ciclos, transformar integralmente

calor em trabalho”.

Em termos de cálculo, ela pode ser traduzida pela expressão do ciclo de Carnot, que dá o máximo rendimento ( )η possível para

uma máquina térmica operando em ciclos entre uma fonte quente e uma fonte fria, respectivamente, a temperaturas absolutas T1

e T2:

2

1

T1 .

Tη

Para transformar integralmente calor em trabalho, o rendimento teria que ser igual 1.η

Nesse caso:

2 22

1 1

T T1 1 0 T 0 K.

T T

Ou seja, temperatura da fonte fria deveria ser zero absoluto, o que é um absurdo. Resposta da questão 21:

1. atm

MgP P

A

200P 101.000 102.000 Pa 102 kPa

0,2

2. A figura mostra as forças que agem no êmbolo.



Para haver equilíbrio: gás atmosferaF P F gás atmP S P P S

gásP 0,2 200 101.000 0,2 gásP 0,2 20000 gásP 100.000 Pa

I I II II

1 II

P V P V

T T

II I

I II

V P

V P II

I

V 102.0001,02

V 100.000

3. A evolução foi isotérmica T constante U 0Δ

Pela Primeira Lei da Termodinâmica U Q W 0 Q WΔ

Como ocorreu uma expansão W 0 Q 0 o gás recebeu calor.

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