F2_semana12

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FÍSICA 2: SEMANA 12 
Conteúdo: Termodinâmica II 
Próxima semana: Princípios da Óptica Geométrica 
 
QUESTÕES TRADICIONAIS 
1. Um estudo do ciclo termodinâmico sobre um gás que está sendo testado para uso 
em um motor à combustão no espaço é mostrado no diagrama a seguir. 
 
Se ΔEint representa a variação de energia interna do gás, e Q é o calor associado ao 
ciclo, analise as alternativas e assinale a CORRETA. 
A) ΔEint = 0, Q > 0 
B) ΔEint = 0, Q < 0 
C) ΔEint > 0, Q < 0 
D) ΔEint < 0, Q > 0 
E) ΔEint = 0, Q = 0 
 
2. Considere uma máquina que segue o ciclo descrito pelo diagrama a seguir. 
Sabendo que ela absorve 4x104 J de calor por ciclo, seu rendimento n é de 
 
 
A) 15%. 
B) 50%. 
C) 25%. 
D) 75%. 
E) 45%. 
 
3. 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%. 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. 
 
4. Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima 
eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura 𝐓𝐪 = 𝟓𝟐𝟕℃ e 
liberando calor para um reservatório em temperatura 𝐓𝐟 = 𝟑𝟐𝟕℃. 
 
Para realizar um trabalho (W) de 600J, o calor absorvido deve ser de 
A) 2 400 J. 
B) 1 800 J. 
C) 1 581 J. 
D) 967 J. 
E) 800 J 
5. Numa máquina frigorífica, em cada ciclo do gás utilizado, são retirados 120 J do 
congelador. No processo a atmosfera (fonte quente) recebe 150 J. Determine: 
a) o trabalho do compressor em cada ciclo; 
b) a eficiência dessa máquina térmica. 
 
 
QUESTÕES CONTEXTUALIZADAS 
 
6. (ENEM) A invenção da geladeira proporcionou uma revolução no aproveitamento 
dos alimentos, ao permitir que fossem armazenados e transportados por longos 
períodos. A figura apresentada ilustra o processo cíclico de funcionamento de uma 
geladeira, em que um gás no interior de uma tubulação é forçado a circular entre o 
congelador e a parte externa da geladeira. É por meio dos processos de compressão, 
que ocorre na parte externa, e de expansão, que ocorre na parte interna, que o gás 
proporciona a troca de calor entre o interior e o exterior da geladeira. 
 
Nos processos de transformação de energia envolvidos no funcionamento da 
geladeira, 
A) a expansão do gás é um processo que cede a energia necessária ao resfriamento 
da parte interna da geladeira. 
B) o calor flui de forma não-espontânea da parte mais fria, no interior, para a mais 
quente, no exterior da geladeira. 
C) a quantidade de calor cedida ao meio externo é igual ao calor retirado da geladeira. 
D) a eficiência é tanto maior quanto menos isolado termicamente do ambiente externo 
for o seu compartimento interno. 
E) a energia retirada do interior pode ser devolvida à geladeira abrindo-se a sua porta, 
o que reduz seu consumo de energia. 
 
7. (ENEM) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de 
energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível e, em parte, 
liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor 
funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser 
utilizada para a realização de trabalho. Isso significa vazamento da energia em outra 
forma. 
De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o 
funcionamento do motor são decorrentes de a 
A) liberação de calor dentro do motor ser impossível. 
B) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável. 
C) conversão integral de calor em trabalho ser impossível. 
D) transformação de energia térmica em cinética ser impossível. 
E) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável. 
 
8. (ENEM) Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores a combustão 
e reduzir suas emissões de poluentes é 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. 
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 todos 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 
 
9. (ENEM) Considere a forma de funcionamento de um equipamento que utiliza um 
ciclo de transferência de calor de um ambiente interno para um ambiente externo. Um 
fluido, normalmente um gás, circula por um sistema fechado dentro do ambiente 
interno, retirando o calor desse ambiente devido a um processo de evaporação. O 
calor absorvido pelo fluido é levado para o condensador, que dissipa o calor conduzido 
pelo fluido para o ambiente externo. 
 
Esse fluido é, então, forçado por um compressor a circular novamente pelo sistema 
fechado, dando continuidade ao processo de esfriamento do ambiente interno. 
No texto acima, descreve-se o funcionamento básico de um 
A) isqueiro. 
B) refrigerador. 
C) nebulizador. 
D) liquidificador. 
E) forno de micro-ondas. 
10. (ENEM) As máquinas térmicas foram aprimoradas durante a primeira Revolução 
Industrial, iniciada na Inglaterra no século XVIII. O trabalho do engenheiro francês 
Nicolas Léonard Sadi Carnot, que notou a relação entre a eficiência da máquina a 
vapor e a diferença de temperatura entre o vapor e o ambiente externo, foi 
fundamental para esse aprimoramento. A solução desenvolvida por Carnot para 
aumentar a eficiência da máquina a vapor foi 
A) reduzir o volume do recipiente sob pressão constante. 
B) aumentar o volume do recipiente e reduzir a pressão proporcionalmente. 
C) reduzir o volume do recipiente e a pressão proporcionalmente. 
D) reduzir a pressão dentro do recipiente e manter seu volume. 
E) aumentar a pressão dentro do recipiente e manter seu volume. 
 
QUESTÕES ESPECÍFICAS 
 
11. O diagrama P – V abaixo representa o ciclo de uma máquina térmica, cujo 
rendimento é de 60%. Determine a quantidade de calor que ela absorve da fonte. 
 
A) 1,0x105J 
B) 2,0x105J 
C) 3,0x105J 
D) 4,0x105J 
E) 5,0x105J 
 
12. Uma máquina térmica, operando entre duas fontes quente e fria, às temperaturas 
de 327 ºC e 27 ºC, respectivamente, realiza um trabalho de 200 J, ao absorver 1 000 J 
da fonte quente. Caso essa máquina passasse a operar segundo o ciclo de Carnot, 
entre as mesmas fontes, seu rendimento seria 
A) 100%. 
B) 50%. 
C) 20%. 
D) 30% 
E) 0% 
 
13. Um engenheiro construiu uma máquina térmica que, operando em ciclos, retira 20 
000 J/s de um reservatório quente a T1 = 1 600 K e rejeita 4 000 J/s para um 
reservatório frio a T2 = 400 K. A equipe técnica de uma empresa encarregadade 
analisar o projeto dessa máquina térmica apresentou as seguintes conclusões: 
I. O rendimento teórico da máquina é 80%. 
II. A potência teórica da referida máquina é 16 000 W. 
III. Como o rendimento teórico de uma máquina térmica de Carnot operando nas 
condições anteriormente especificadas é 75%, a máquina em questão é teoricamente 
inviável. 
Assinale a alternativa CORRETA. 
A) Somente as conclusões I e II são corretas. 
B) As conclusões I, II e III estão corretas. 
C) Somente as conclusões II e III são corretas. 
D) Somente as conclusões I e III são corretas. 
E) Somente a conclusão II é correta. 
 
14. Um refrigerador foi construído, utilizando-se uma máquina de Carnot cuja 
eficiência, na forma de máquina de calor, é igual a 0,1. Se esse refrigerador realiza um 
trabalho de 10 J, é CORRETO afirmar que a quantidade de calor removida do 
reservatório de menor temperatura foi, em joules, de 
A) 100 
B) 99 
C) 90 
D) 10 
E) 1 
 
15. Um dos aparelhos indispensáveis em uma residência é a geladeira. A refrigeração 
do seu interior é feita de forma não-espontânea. Retira-se energia térmica da parte 
interna e transfere-se essa energia para o ambiente da cozinha. A transferência de 
energia térmica só é espontânea quando o calor transita no sentido de temperaturas 
decrescentes. Na parte interna da geladeira, há o congelador, no qual, normalmente, a 
substância freon se vaporiza a baixa pressão, absorvendo energia térmica. O freon, no 
estado gasoso, expande-se até o radiador (serpentina 
traseira), no qual, sob alta pressão, se condensa, liberando energia térmica para o 
meio externo. A pressão do freon é aumentada no radiador devido a um compressor e 
diminuída no congelador devido a uma válvula. A eficiência ε de uma geladeira é 
determinada pela razão entre a energia térmica Q que é retirada do seu congelador e o 
trabalho que o compressor teve de realizar. A energia térmica que o radiador transfere 
para o ambiente é a soma da energia térmica retirada do congelador com o trabalho 
realizado pelo compressor. O desenho representa uma geladeira doméstica: 
 
Considere uma geladeira ideal cujo compressor tenha potência útil igual a 5,0 kW. Se, 
durante cada minuto de funcionamento desse compressor, o radiador (serpentina 
traseira) transfere para o meio ambiente 4,5 · 105 J de energia térmica, a eficiência do 
refrigerador é igual a: 
A) 33%. 
B) 75%. 
C) 50%. 
D) 100%. 
E) 67%. 
 
QUESTÕES APROFUNDADAS 
 
16. O motor de combustão interna, utilizado no transporte de pessoas e cargas, é uma 
máquina térmica cujo ciclo consiste em quatro etapas: admissão, compressão, 
explosão/expansão e escape. Essas etapas estão representadas no diagrama da 
pressão em função do volume. Nos motores a gasolina, a mistura ar/combustível entra 
em combustão por uma centelha elétrica. 
 
Para o motor descrito, em qual ponto do ciclo é produzida a centelha elétrica? 
A) A 
B) B 
C) C 
D) D 
E) E 
 
17. Uma máquina térmica ideal opera em um ciclo termodinâmico diferente do ciclo de 
Carnot. Se essa máquina térmica operar entre as temperaturas de 𝟐𝟕°𝐂 e 𝟒𝟕𝟕°𝐂 
fornecendo trabalho através do calor gerado na fonte quente, sua eficiência será: 
A) Menor do que se a máquina operasse com base no ciclo de Carnot. 
B) De 60%. 
C) A porcentagem do calor que chega à fonte fria. 
D) De 75%. 
E) A razão entre os calores das fontes fria e quente. 
 
18. 4. Quando dez moles de um gás ideal são submetidos a um ciclo termodinâmico 
em uma máquina térmica, pode-se construir o gráfico de pressão versus temperatura, 
mostrado a seguir. 
 
Sabendo que as temperaturas dos pontos A, B, C e D são 800 K, 1200 K, 2600 K e 
1400 K, respectivamente, e que o ciclo é completado em 2,0 segundos, calcule a 
potência da máquina por ciclo. Considere que a constante universal dos gases 
perfeitos é igual a 8,3 J/(mol K). 
A) 16,6 kW 
B) 21,0 kW 
C) 33,2 kW 
D) 48,2 kW 
E) 68,4 kW 
 
19. Considere dois veículos de mesma massa, com motores de mesma potência: um 
equipado com motor elétrico com uma eficiência de 90%, e o outro equipado com 
motor a combustão, com uma eficiência de 25%. Admitindo-se ambos os veículos com 
uma massa de 500 kg, partindo do repouso, em uma estrada plana e retilínea, 
atingindo uma velocidade de 36 km/h, é CORRETO afirmar que a quantidade de calor 
rejeitada pelos motores foi, respectivamente, de 
A) 4,0 x 103 J e 3,5 x 103 J. 
B) 1,5 x 103 J e 2,5 x 103 J. 
C) 2,8 x 104 J e 4,5 x 105 J. 
D) 2,8 x 103 J e 7,5 x 104 J. 
E) 4,5 x 104 J e 6,8 x 104 J. 
 
20. O físico e engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), em seu 
trabalho Reflexões sobre a potência motriz do fogo, concluiu que as máquinas térmicas 
ideais podem atingir um rendimento máximo por meio de uma sequência específica de 
transformações gasosas que resultam num ciclo – denominado de ciclo de Carnot, 
conforme ilustra a figura a seguir. 
 
A partir das informações do ciclo de Carnot sobre uma massa de gás, conforme 
mostrado no gráfico p V, analise as alternativas a seguir. 
 
I. Ao iniciar o ciclo (expansão isotérmica 1 2), a variação de energia interna do 
gás é igual a QQ e o trabalho é positivo (W 0). 
II. Na segunda etapa do ciclo (expansão adiabática 2 3) não há troca de calor, 
embora o gás sofra um resfriamento, pois U W.Δ   
III. Na compressão adiabática 4 1, última etapa do ciclo, o trabalho realizado 
sobre o gás corresponde à variação de energia interna dessa etapa e há um 
aquecimento, ou seja, U W.Δ   
IV. O trabalho útil realizado pela máquina térmica no ciclo de Carnot é igual à área A 
ou, de outro modo, dado por : Q FQ Q .τ   
V. O rendimento da máquina térmica ideal pode atingir até 100 %, pois o calor 
FQ pode ser nulo – o que não contraria a segunda lei da termodinâmica. 
 
Estão CORRETAS apenas as alternativas: 
A) I, II e IV. 
B) I, II e III. 
C) II, III e IV. 
D) II, III e V. 
E) III, IV e V. 
 
 
 
 
GABARITO 
06 07 08 09 10 
B D B B E 
11 12 13 14 15 
B B B C C 
16 17 18 19 20 
C A C C C