FÍSICA - Leis da termodinâmica

No ciclo de transformações abaixo estão representadas uma máquina e as transformações gasosas que ocorrem. Determine para esse ciclo o trabalho, a energia interna e a quantidade de calor, respectivamente, recebida por essa máquina durante o ciclo completo.     

O ciclo de Carnot demonstra que qualquer máquina térmica que opere entre duas fontes com temperaturas absolutas atingirá seu rendimento máximo se seu funcionamento ocorrer a partir de processos reversíveis. O gráfico a seguir representa um ciclo de Carnot e suas transformações gasosas. O gráfico representa o ciclo ABCDA na sequência dada abaixo.

Analise o gráfico acima e responda em qual processo ocorre expansão do gás e qual processo ocorre compressão do gás para o processo ser completo.

Uma substância sofre o ciclo de transformações térmicas representadas abaixo. Essa substância possui massa de 1.200 g. Determine para esse ciclo a quantidade de calor recebida por essa substância. Se essa quantidade de calor fosse utilizada para liquefazer o gás dessa substância, qual seria o calor latente de liquefação?   

Uma máquina térmica recebe uma quantidade de calor de 6.000 J da fonte quente e durante o processo de transformação de energia perde 4.000 J de calor para a fonte fria. Durante esse processo ela realiza trabalho mecânico. Determine o trabalho realizado, o rendimento dessa máquina e sua potência útil durante esse processo termodinâmico num tempo de 8 minutos.

Uma máquina térmica funciona operando em ciclos na sequência ABCDA, conforme a gráfico abaixo. Determine o valor do trabalho realizado nas etapas AB, BC, CD, DA e no ciclo completo, em módulo.

(UFSM-RS) A respeito dos gases que se encontram em condições nas quais seu comportamento pode ser considerado ideal, afirma-se que:

I. a grandeza que é chamada de temperatura é proporcional à energia cinética média das moléculas.
II. a grandeza que é chamada de pressão é a energia que as moléculas do gás transferem às paredes do recipiente que contém esse gás.
III. a energia interna do gás é igual à soma das energias cinéticas das moléculas desse gás.

Está(ão) correta(s):

As locomotivas utilizam o vapor a alta pressão que sai da caldeira para empurrar um pistão fazendo com que ele se mova até que o gás escape por uma abertura no cilindro do pistão. Com a saída do gás o pistão retorna à posição inicial e novamente o ciclo se repete. Como se obtém o vapor a uma alta pressão para ser utilizado nas locomotivas?

(Ufla-MG) O diagrama PV mostrado a seguir ilustra dois processos termodinâmicos:

1 ABC e 2 ADC, em que um gás ideal é levado de um estado A para outro C, considerando V₂ = 2V₁ e P₂ = 4P₁, é correto afirmar:

Qual é a finalidade de uma máquina térmica?

Em termodinâmica, entropia é a medida de desordem das partículas em um sistema físico. Utiliza-se a letra S para representar esta grandeza. No caso do gelo derretendo-se espontaneamente, sabemos que a temperatura se mantém constante e igual à temperatura de fusão do gelo, a qual, em condições ideais, é de 0 °C. Com isso, todo o calor fornecido pelo meio ambiente envolvente será utilizado para alterar as ligações entre as moléculas de água no gelo, de forma que elas passem do arranjo mais ordenado e rígido do gelo para a forma mais desordenada e fluida da água.

A variação de entropia (ΔS) é a relação entre a quantidade de calor recebida (Q) pelo sistema e a temperatura desse sistema (T). Se for mantida constante, portanto, em uma barra de gelo de 819 g que está derretendo à temperatura de 0 °C, qual será a entropia do sistema?

(Dados: Lf = 80 cal/g; 1 cal = 4 J)

O Ciclo de Carnot consiste em uma série de processos reversíveis que proporciona a obtenção de uma máquina térmica com o maior rendimento possível. O físico e engenheiro militar Nicolas Léonard Sadi Carnot propôs uma máquina térmica idealizada, estabelecendo um ciclo ideal, que ficou conhecido como ciclo de Carnot. Nesse ciclo existe uma proporção matemática que relaciona as quantidades de calor da fonte quente e fonte fria com as temperaturas respectivas dessas fontes. Se uma máquina térmica recebe 4.000 cal da fonte quente e passa 30% para a fonte fria, qual o valor da temperatura dessa fonte, sabendo que a fonte fria possui temperatura de 57 °C?

(PUC-RS) Para responder à questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão  das temperaturas em que opera a máquina.

O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T₁ e T₂, com T₁ maior do que T₂, obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T₁.

Pode-se concluir, pelo gráfco e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão  diminui:

A geladeira funciona em ciclos, usando um gás refrigerante num circuito fechado. Assim, o gás circula permanentemente, sem perdas, a não ser que haja um vazamento no aparelho. O compressor é movido por um motor elétrico. Ele tem a função de aumentar a pressão e a temperatura do gás refrigerante, fazendo-o circular pela tubulação interna do aparelho e, claro, comprimindo o gás. Quando o gás passa pelo condensador, perde calor para o meio externo, liquefazendo-se - ou seja, tornando-se líquido –, porém com pressão constante. Ao sair do condensador (válvula), um estreitamento da tubulação (tubo capilar) provoca uma diminuição da pressão e da temperatura, aumentando seu volume. Assim, o elemento refrigerante, agora líquido e sob baixa pressão, porém constante, chega à serpentina do evaporador (que tem diâmetro maior que o tubo capilar) aumentando seu volume, se vaporiza e, assim, retira calor da região interna da geladeira, alterando sua temperatura.

No ciclo citado acima da geladeira, existem 4 etapas: o compressor, o condensador, a válvula e a serpentina. Quais as transformações gasosas que ocorrem em cada etapa desse ciclo?

(UFU-MG) Um botijão de cozinha contém gás sob alta pressão. Ao abrirmos esse botijão, percebemos que o gás escapa rapidamente para a atmosfera. Como esse processo é muito rápido, podemos considerá-lo como um processo adiabático.Considerando que a primeira lei da termodinâmica é dada por ΔU = Q - W, onde ΔU é a variação da energia interna do gás, Q é a energia transferida na forma de calor e W é o trabalho realizado pelo gás, é correto afrmar que:

As motocicletas são meios de transportes muito utilizados pela população por sua rapidez e fluidez no trânsito caótico de nossas cidades. Os motores de motocicletas funcionam da mesma forma que os motores de carros a combustão. Eles consistem em pistões, um bloco de cilindros e um cabeçote que contém válvulas. Os pistões se movem para cima e para baixo no bloco de cilindros (I), acionados por explosões de uma mistura de ar-combustível que é inflamada por uma faísca na vela (II). As válvulas abrem e fecham para permitirem que a mistura ar-combustível entre na câmara de combustão (III). Conforme os pistões se movem para cima e para baixo, eles fazem o virabrequim girar, o qual transforma a energia aplicada sobre os pistões em movimento rotativo. A força rotativa do virabrequim é transmitida para a roda traseira da moto. Após a queima, o gás é liberado por uma válvula e sai pelo escapamento da moto (IV).

As etapas marcadas no texto acima por I, II, III e IV, possuem nomes específicos relacionados abaixo:

A – admissão

B – exaustão

C – explosão

D − compressão

Classifique corretamente cada etapa com seus respectivos nomes.

A panela de pressão é uma das máquinas térmicas mais simples e mais utilizadas pela população do mundo todo. Ela consiste em alterar a temperatura e a pressão de cozimento de um alimento para que o processo seja mais rápido e fácil. Uma panela de pressão de 5 litros é colocada em um fogão contendo alimento e água no seu interior à pressão de 1 atm e temperatura ambiente de 27 °C. Mantendo seu volume constante, após um tempo de 15 minutos, ela chega à temperatura interna de 117 °C e sua pressão varia conforme a temperatura aumenta. Qual a pressão no alimento à temperatura final e qual a quantidade de calor recebida durante o processo, sabendo que o fluxo de calor da chama foi de 400 J/min?

(Dado: 1 cal = 4 J)

Os motores de veículos de hoje, em geral, são de combustão interna – a mistura ar e combustível queima dentro do cilindro. Os motores de combustão interna operam com um ciclo de quatro tempos − também chamado Ciclo Otto − que consiste em admissão da mistura gasosa de combustível e ar no cilindro, compressão, explosão e exaustão dos gases queimados, saindo pelo escapamento.

A figura a seguir mostra o esquema de um ciclo teórico padrão ar/combustível de um motor de combustão interna.

Observando a figura, em qual processo (tempo) o motor não realiza trabalho mecânico?

Uma máquina térmica opera entre uma fonte quente de 312,5 K e uma fonte fria de 250 K. Determine o rendimento máximo teórico dessa máquina.