UNG - Termidinamica AV2

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Provavelmente, o ciclo reversível mais conhecido é o ciclo de Carnot, proposto em 1824 pelo engenheiro francês Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796 – 1 832). Em um ciclo de Carnot, o sistema que está executando o ciclo passa por uma série de quatro processos internamente reversíveis, e pode ser executado por um sistema fechado ou por um sistema com escoamento em regime permanente.
Considerando a afirmação acima e o que foi visto nesta disciplina, analise as afirmações a seguir:
  I.    Um ciclo de Carnot pode operar à temperatura constante para um processo isobárico internamente reversível.
II.    Um ciclo de Carnot é composto por dois processos isotérmicos alternados à dois processos adiabáticos.
III.    A máquina térmica teórica que opera segundo o ciclo de Carnot é chamada de máquina térmica de Carnot.
IV.    Em um ciclo de Carnot, os trabalhos de expansão e compressão dependem do processo isocórico.
 Com isso, assinale a alternativa que apresenta apenas as afirmações corretas:
(1/1 Ponto)
II, III e IV, apenas.
I, II, III e IV.
I e II, apenas.
III e IV, apenas.
II e III, apenas.
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Em 1865, Rudolf Clausius usou pela primeira vez o conceito de entropia como sendo uma medida de desordem do sistema físico estudado. Ele estabeleceu a variação de entropia (ΔS) de um sistema, quando se agrega uma quantidade de calor (Q), mediante um processo reversível a uma temperatura absoluta (T), como sendo a razão:
                                                                             ΔS = Q/T
Assim, considere um sistema constituído de 2,0 kg de água líquida a 100 °C. Mantendo-se a pressão constante em 1,0 atm, calcule a variação de entropia do sistema para transformar essa água em vapor, a 100 °C.
(Dado: calor de vaporização da água = 540 cal/g.)
(1/1 Ponto)
3,16 kcal/K.
4,34 kcal/K.
2,78 kcal/K.
2,90 kcal/K.
3,02 kcal/K.
6
A entropia é uma grandeza termodinâmica que mede o grau de liberdade molecular de um sistema, e está associado ao seu número de configurações (ou microestados), ou seja, de quantas maneiras as partículas (átomos, íons ou moléculas) podem se distribuir em níveis energéticos quantizados, incluindo translacionais, vibracionais, rotacionais e eletrônicos. Entropia também é geralmente associada a aleatoriedade, dispersão de matéria e energia, e "desordem" (não em senso comum) de um sistema termodinâmico. A entropia é a entidade física que rege a segunda lei da termodinâmica, a qual estabelece que a ela deve aumentar para processos espontâneos e em sistemas isolados. Para sistemas abertos, deve-se estabelecer que a entropia do universo (sistema e suas vizinhanças) deve aumentar devido ao processo espontâneo até o meio formado por sistema + vizinhanças atingir um valor máximo no estado de equilíbrio. Nesse ponto, é importante ressaltar que vizinhanças se entende como a parte do resto do universo capaz de interagir com o sistema, através de, por exemplo, trocas de calor. Uma fonte de calor a 900 K perde 1800 kJ de calor para um sumidouro (ambiente) a 300 K e a 600 K. Apresente os valores da entropia gerada em cada situação.
(1/1 Ponto)
–4,0 kJ/K e –1,0 kJ/K.
4,0 kJ/K e 2,0 kJ/K.
4,0 kJ/K e –1,0 kJ/K.
4,0 kJ/K e 1,0 kJ/K.
–4,0 kJ/K e –2,0 kJ/K.
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Vaporização é a transformação física do estado líquido para o estado gasoso. Distinta das etapas dos outros estados, o vapor não apresenta volume constante. Ele assume, portanto, a forma do recipiente no qual está acondicionado e as mudanças de temperatura geram grandes variações de seu volume e pressão. Existem três fenômenos principais do processo da vaporização que se subdivide em: evaporação, ebulição e calefação. Quanto maior for a degradação dos recursos ambientais da Terra, maior será a entropia do planeta. Essa desordem tem a ver com a espontaneidade do processo físico. Por exemplo, quando um gelo derrete, ou seja, passa pelo processo físico de fusão, do estado sólido para o líquido, esse é um processo espontâneo em que a desordem das moléculas de água aumentará. No estado sólido elas estão mais próximas umas das outras e num sistema mais organizado e rígido. Já no estado líquido, elas ficam mais espaçadas e com maior liberdade de movimento. Com o aumento da desordem do sistema, dizemos então que se aumenta a entropia. Imagine um arranjo cilindro-pistão contém uma mistura de água líquida e vapor de água a 450 K. Durante um processo a pressão constante, 750 kJ de calor são transferidos para a água. Como consequência, parte do líquido do cilindro é vaporizada. Assinale a alternativa que apresenta o valor da variação de entropia da água durante esse processo.
(0/1 Ponto)
–1,67 kJ/kg ∙ K.
1,67 kJ/K.
1,70 kJ/K.
1,64 kJ/K.
–1,64 kJ/kg ∙ K.
8
“Há cerca de 135 anos, o renomado físico J. C. Maxwell, do século XIX, escreveu ‘[...] a segunda lei é uma verdade estatística, depende do fato de que os corpos com que lidamos consistem em milhões de moléculas. Ainda assim, a segunda lei da termodinâmica é continuamente violada [...] em qualquer grupo de moléculas suficientemente pequeno pertencente a um corpo real’. Embora o ponto de vista de Maxwell tenha sido reforçado pelos teóricos ao longo dos anos, a confirmação experimental foi evasiva. Então, em 2002, os experimentalistas reportaram que haviam demonstrado violações da segunda lei: na escala micro e inferiores, em intervalos de tempo de até 2 segundos, a entropia foi consumida e não produzida.”
Considerando essas informações e as relações entre a entropia e a segunda lei da termodinâmica, analise as afirmativas a seguir:
  I.    Na escala nanométrica, alguns dispositivos podem não se comportar conforme o previsto pela segunda lei da termodinâmica.
II.    As previsões obtidas através da segunda lei da termodinâmica serão válidas para um número reduzido de sistemas macroscópicos isolados reais.
III.    Qualquer sistema macroscópico, como uma turbina de avião ou um motor de automóvel, deverá se comportar sem violar a segunda lei da termodinâmica.
IV.    Organismos vivos, como plantas, violam a segunda lei da termodinâmica pelo fato de parecerem criar ordem a partir da desordem.
 Assinale a alternativa onde se apresentam apenas afirmações incorretas:
(1/1 Ponto)
II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.
I, II e III, apenas.
II e III, apenas.
I, III e IV, apenas.
9
Os diagramas de propriedades conferem uma poderosa ferramenta para a determinação dos valores das propriedades de uma substância em um sistema. Quando o valor da propriedade não pode ser obtido diretamente dos valores de referência tabelados, recorre-se ao cálculo do título, que é a relação entre as quantidades de vapor em relação ao líquido presentes em uma determinada região do diagrama.
Considerando essas informações e em relação às propriedades definidas através dos diagramas de entropia, analise as asserções a seguir e a relação proposta entre elas.
  I.    Ao estudar os aspectos da segunda lei da termodinâmica relacionados a processos, a entropia é normalmente usada como uma coordenada em diagramas como T x s.
Porque:
II.    Em um diagrama termodinâmico que relaciona a entropia, as linhas de líquido saturado e vapor saturado correspondem aos limites entre as fases sólida e líquida.
Com isso, assinale a alternativa correta:
(1/1 Ponto)
A asserção I é uma proposição verdadeira, e a II é uma proposição falsa.
As asserções I e II são proposições falsas.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, e a II é uma justificativa correta da I.
As asserções I e II são proposições verdadeiras, mas a II não é uma justificativa correta da I.
A asserção I é uma proposição falsa, e a II é uma proposição verdadeira.
10
Popularmente conhecidos como gases refrigerantes, os fluidos refrigerantes (ou frigoríficos – nomenclatura correta cientificamente), são substâncias que mudam de estado físico de acordo com a etapa do ciclo de refrigeração, podendo ser líquido ou gasoso. Existem diferentes tipos desse produto químico, como você irá ver a seguir, e de tempos em tempos esses gases vão ficando cada vez menos prejudiciais ao meio ambiente graçasà tecnologia que vai evoluindo. os fluidos refrigerantes são responsáveis pelo funcionamento dos sistemas de refrigeração: desde os modelos mais tradicionais, como os aparelhos de ar-condicionado Splits e Janela, até equipamentos VRF, incluindo também o ar automotivo. Eles trabalham absorvendo o calor do ambiente e o transportando por todo o sistema até as saídas de ar da condensadora (unidade externa). Há vários tipos de fluidos refrigerantes, os fluidos halogenados, amônia, dióxido de enxofre, dióxido de carbono e hidrocarbonetos não halogenados. Um tanque rígido contém 5 kg de refrigerante 134-a que inicialmente está a 30 °C e 140 kPa. Em certo instante, o refrigerante é resfriado enquanto é agitado até sua pressão cair para 90 kPa. Determine a variação de entropia do refrigerante durante o processo.
(1/1 Ponto)
0,26 kJ/K.
–0,31 kJ/K.
0,31 kJ/K.
–0,26 kJ/K.
–0,34 kJ/K.
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“Ciclos reversíveis não podem ser realizados na prática porque as irreversibilidades associadas a cada processo não podem ser eliminadas. Entretanto, os ciclos reversíveis representam os limites superiores para o desempenho dos ciclos reais. Os ciclos reversíveis também servem como ponto de partida para o desenvolvimento de ciclos reais e são modificados, conforme necessário, para tender a certas exigências.
Considerando o que foi descrito acima e os conceitos que vimos durante as aulas, relacione a definição com o seu conceito.
1)   Expansão isotérmica.
2)   Expansão adiabática.
3)   Compressão isotérmica.
4)   Compressão adiabática.
 (     ) Redução do volume com a variação de temperatura positiva.
(     ) Aumento de volume à temperatura constante mais alta atingida pelo gás.
(     ) Redução do volume até o gás atingir uma temperatura constante baixa.
(     ) Aumento de volume com variação de temperatura negativa.
(1/1 Ponto)
3, 1, 4, 2.
3, 2, 4, 1.
4, 3, 1, 2.
1, 4, 2, 3.
4, 1, 3, 2.
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Desprezar as variações de energia cinética e potencial do fluido de trabalho é uma simplificação normalmente utilizada na análise dos ciclos de potência. Essa é uma hipótese razoável, uma vez que em dispositivos que envolvem trabalho de eixo, como turbinas, compressores e bombas, os termos energia cinética e potencial normalmente são muito pequenos em relação aos outros parâmetros.”
Levando em conta o que foi mencionado acima e estudado por nós durante o semestre, foram feitas algumas afirmações:
(     ) A eficiência térmica é uma medida do desempenho de uma máquina térmica, sendo uma fração do calor fornecido convertido em trabalho líquido.
(     ) Em máquinas térmicas, um maior rendimento significa um maior gasto com consumo de combustível com menor quantidade de calor rejeitada para o sumidouro (ambiente).
(    ) A eficiência térmica de uma máquina térmica é sempre maior que a unidade, pois o calor das duas fontes são grandezas positivas.
(     ) O trabalho líquido de uma máquina térmica é sempre menor que a quantidade de calor fornecida ao sistema.
 
Julgue os itens acima como verdadeiro (V) ou falso (F), e assinale a alternativa que apresenta a sequência correta deste julgamento.
(1/1 Ponto)
V, F, F, V.
F, V, V, F.
F, V, F, V.
V, V, F, F.
V, F, V, F.
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“A entropia é uma propriedade e, portanto, o valor da entropia de um sistema é fixo uma vez estabelecido o estado do sistema. A especificação de duas propriedades intensivas independentes determina o estado de um sistema compressível simples e o valor da entropia, bem como os valores de outras propriedades daquele estado. A partir de uma relação que a defina, a variação da entropia de uma substância pode ser expressa por outras propriedades”.
Considerando essas informações e os conceitos que vimos durante este bimestre, foram feitas algumas afirmações:
  I.    O valor da entropia pode ser obtido diretamente nas regiões de líquido comprimido e vapor superaquecido, sem a necessidade de nenhum cálculo adicional.
II.    A variação de entropia de um corpo em um sistema fechado é dada pela razão entre a massa do corpo e a diferença entre os valores de entropia nos estados final e inicial.
III.    Nas tabelas de propriedades, os valores de entropia são fornecidos aleatoriamente.
IV.    Os valores de entropia tornam-se negativos a temperaturas abaixo do valor de referência.
 Assinale a alternativa que contém apenas as afirmações corretas:
(1/1 Ponto)
I e III, apenas.
III e IV, apenas.
I e IV, apenas.
I, II e IV, apenas.
II, III e IV, apenas.