Exercícios com gabarito - 2° Ano Ensino Médio - 2ª Lei da Termodinâmica - O mundo da física

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EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO – 2ª LEI DA TERMODINÂMICA 
 
 
01. (UFBA) Na questão a seguir escreva nos parênteses a soma dos itens corretos. 
A figura a seguir representa o ciclo de Carnot, para um gás ideal. Nessas condições, é correto afirmar: 
(01) Na compressão adiabática, a energia interna do gás diminui. 
(02) Na expansão isotérmica, o gás recebe calor de uma das fontes. 
(04) Na expansão adiabática, a temperatura do gás diminui. 
(08) Na compressão isotérmica, a energia interna do gás diminui. 
(16) Na transformação cíclica, o gás atinge o equilíbrio térmico com a fonte quente, antes de reiniciar novo 
ciclo. 
Soma ( ) 
 
02. (PUC) O esquema a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho 
em uma máquina térmica. Os valores de T1 e Q2 não foram indicados mas deverão 
ser calculados durante a solução desta questão. 
Considerando os dados indicados no esquema, se essa máquina operasse 
segundo um ciclo de Carnot, a temperatura T1, da fonte quente, seria, em Kelvins, 
igual a: 
a) 375 
b) 400 
c) 525 
d) 1200 
e) 1500 
 
03. (UEL) Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as temperaturas de 27 °C e 227 °C. 
Em cada ciclo ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por 
ciclo ao exterior, em calorias, vale 
a) 1000 
b) 600 
c) 500 
d) 400 
e) 200 
 
04. (UEL) Uma máquina térmica de Carnot é operada entre duas fontes de calor a temperaturas de 400K e 300K. 
Se, em cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em 
calorias, vale: 
a) 300 
b) 450 
c) 600 
d) 750 
e) 900 
 
05. (UFC) A eficiência de uma máquina de Carnot que opera entre a fonte de temperatura alta (T1) e a fonte de 
temperatura baixa (T2) é dada pela expressão: n = 1 - (T2/T1), em que T1 e T2 são medidas na escala absoluta 
ou de Kelvin. 
Suponha que você dispõe de uma máquina dessas com uma eficiência n = 30%. Se você dobrar o valor da 
temperatura da fonte quente, a eficiência da máquina passará a ser igual a: 
a) 40% 
b) 45% 
c) 50% 
d) 60% 
e) 65% 
 
06. (UFRS) Uma máquina térmica ideal opera recebendo 450J de uma fonte de calor e liberando 300J no 
ambiente. Uma segunda máquina térmica ideal opera recebendo 600J e liberando 450J. Se dividirmos o 
rendimento da segunda máquina pelo rendimento da primeira máquina, obteremos 
a) 1,50. 
b) 1,33. 
c) 1,00. 
 
 
 
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d) 0,75. 
e) 0,25. 
 
07. (UFRS) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de 
calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de 
a) 20%. 
b) 25%. 
c) 75%. 
d) 80%. 
e) 100%. 
 
08. (UFSM) Considere as afirmações: 
 
I. É impossível construir uma máquina térmica que, operando em ciclos, retire energia na forma de calor 
de uma fonte, transformando-a integralmente em trabalho. 
II. Refrigeradores são dispositivos que transferem energia na forma de calor de um sistema de menor 
temperatura para outro de maior temperatura. 
III. A energia na forma de calor não passa espontaneamente de um corpo de menor temperatura para 
outro de maior temperatura. 
 
Está(ão) correta(s) 
a) apenas I. 
b) apenas II. 
c) apenas I e III. 
d) apenas II e III. 
e) I, II e III. 
 
09. (UFSM) Um condicionador de ar, funcionando no verão, durante certo intervalo de tempo, consome 1 600 cal 
de energia elétrica, retira certa quantidade de energia do ambiente que está sendo climatizado e rejeita 2 400 
cal para o exterior. A eficiência desse condicionador de ar é 
a) 0,33 
b) 0,50 
c) 0,63 
d) 1,50 
e) 2,00 
 
10. Um condicionador de ar de Carnot pega energia da energia térmica de uma sala a 70 °F e a transfere para 
um ambiente externo, que está a 96 °F. Para cada Joule de energia elétrica necessária para operar o 
condicionador de ar, quantos Joules de calor serão removidos do quarto? 
 
11. Um motor de Carnot opera entre 235 °C e 115 °C, absorvendo 6,3 x 104 J por ciclo na temperatura mais 
alta. 
a) Calcule a eficiência do motor. 
b) Quanto trabalho por ciclo este motor é capaz de realizar? 
 
12. (FCC) Um inventor informa ter construído uma máquina térmica que recebe, em um certo tempo 105 cal e 
fornece, ao mesmo tempo, 5 . 104 cal de trabalho útil. A máquina trabalha entre as temperaturas de 177° C e 
227° C. Nessas condições, você consideraria mais acertado o seguinte: 
a) O rendimento dessa máquina é igual ao da máquina que executa o cilco de Carnot. 
b) O rendimento dessa máquina é superado pelo da máquina que executa o ciclo de Carnot. 
c) A afirmação do inventor é falsa, pois a máquina, trabalhando entre as temperaturas dadas, não pode ter 
rendimento superior a 10%. 
d) Mantendo-se as temperaturas dadas, pode-se aumentar o rendimento utilizando combustível de melhor 
qualidade. 
e) Nada do que se afirma é correto. 
 
13. (UFV) Um folheto explicativo sobre uma máquina térmica afirma que ela, ao receber 1000 cal de uma fonte 
quente, realiza 4186 J de trabalho. Sabendo que 1 cal equivale a 4,186 J e com base nos dados fornecidos pelo 
folheto, você pode afirmar que esta máquina: 
a) viola a 1ª Lei da Termodinâmica. 
 
 
 
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b) possui um rendimento nulo. 
c) possui um rendimento de 10%. 
d) viola a 2ª Lei da Termodinâmica. 
e) funciona de acordo com o ciclo de Carnot. 
 
14. (VUNESP) O ciclo de Carnot, de importância fundamental da Termodinâmica, é constituído de um conjunto 
de transformações definidas. 
Num diagrama (p, V), você esboçaria esse ciclo usando: 
a) uma isotérmica, uma isobárica, uma adiabática e uma isocórica (isovolumétrica). 
b) duas isotérmicas e duas adiabáticas. 
c) duas isobáricas e duas isocórica (isovolumétricas). 
d) duas isobáricas e duas isotérmicas. 
e) uma isocórica (isovolumétrica), uma isotérmica e uma isobárica. 
 
15. (UEG) A figura a seguir mostra um ciclo de Carnot, usando como substância-trabalho um gás ideal dentro de 
um cilindro com um pistão. Ele consiste de quatro etapas. 
 
De acordo com a figura, é incorreto afirmar: 
a) De a para b, o gás expande-se isotermicamente na temperatura TH, absorvendo calor QH. 
b) De b para c, o gás expande-se adiabaticamente até que sua temperatura cai para TC. 
c) De d para a, o gás comprimido isovolumetricamente até que sua temperatura cais para TC. 
d) De c para d, o gás é comprimido isotermicamente na temperatura TC, rejeitando calor QC. 
 
16. (CESGRANRIO) São quatro as etapas do ciclo de funcionamento de uma máquina térmica. 
1ª etapa (A → B): expansão isobárica 
2ª etapa (B → C): expansão isotérmica 
3ª etapa (C → D): contração isobárica 
4ª etapa (D → A): compressão isométrica 
 
Assinale o diagrama P x V (pressão versus volume) correspondente a esse ciclo: 
a) 
 
b) 
 
c) 
 
d) 
 
e) 
 
 
 
 
 
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GABARITO – 2ª LEI DA TERMODINÂMICA 
 
01. 02 + 04 + 16 = 22 
 
02. Opção A. 
Deduzimos que, se são fornecidos 400 J à máquina e 800 J são convertidos em Trabalho, então 3200 J serão 
rejeitados para a fonte fria. 
Com esses dados podemos calcular: 
𝑄2
𝑄1
=
𝑇2
𝑇1
 → 
3200
4000
=
300
𝑇1
 → 𝑇1 = 375 𝐾 
 
03. Opção D. 
𝑇2 = 27 + 272 = 300𝐾 
𝑇1 = 227 + 273 = 500𝐾 
𝑄1 = 1000 𝑐𝑎𝑙 
𝑄2
𝑄1
=
𝑇2
𝑇1
 → 
𝑄2
1000
=
300
500
 → 𝑄2 = 600𝑐𝑎𝑙 𝑊 = 𝑄1 − 𝑄2 = 1000 − 600 = 400𝑐𝑎𝑙 
 
04. Opção E. 
𝑇1 = 400 𝐾𝑇2 = 300 𝐾 𝑄1 = 1200 𝑐𝑎𝑙 
𝑄2
𝑄1
=
𝑇2
𝑇1
 → 
𝑄2
1200
=
300
400
 → 𝑄2 = 900 𝑐𝑎𝑙 
 
05. Opção E. 
𝑛 = 30% = 0,3 𝑛 = 1 −
𝑇2
𝑇1
 → 0,3 = 1 −
𝑇2
𝑇1
 → 
𝑇2
𝑇1
= 0,7 
 
𝐶𝑜𝑚 𝑇1
′ = 2𝑇1: 𝑛
′ = 1 −
𝑇2
2𝑇1
 → 𝑛′ = 1 −
0,7
2
= 1 − 0,35 = 0,65 = 65% 
 
06. Opção D. 
𝑄1 = 450𝐽 𝑄2 = 300𝐽 𝑛 = 1 −
𝑄2
𝑄1
= 1 −
300
450
= 0,3333 = 33,33% 
𝑄1
′ = 600𝐽 𝑄2
′ = 450𝐽 𝑛′ = 1 −
𝑄2
′
𝑄1
′ = 1 −
450
600
= 0,25 = 25% 
𝑛′
𝑛
=
0,25
0,33
= 0,75 
 
07. Opção A. 
𝑄1 = 45 . 10
3𝐽 𝑄2 = 36 . 10
3𝐽 𝑛 = 1 −
𝑄2
𝑄1
= 1 −
36 . 103
45 . 103
= 1 − 0,8 = 0,2 = 20% 
 
08. Opção E. 
 
09. Opção B. 
𝑊 = 1600 𝑐𝑎𝑙 
𝑄1 = 2400 𝑐𝑎𝑙 
𝑄1 = 𝑄2 + 𝑊 → 𝑄2 = 𝑄1 − 𝑊 = 2400 − 1600 = 800 𝑐𝑎𝑙 
 
𝑒 =
𝑄2
𝑄1 − 𝑄2
=
800
2400 − 800
= 0,5 → 𝑒 = 50% 
 
10.𝑇1 = 70 °𝐹 = 294,26 𝐾 
𝑇2 = 96 °𝐹 = 308,70 𝐾 
 
𝑒 =
𝑇2
𝑇1 − 𝑇2 
=
308,70
308,70 − 294,26
=
308,70
14,44
= 21,38 
 
 
 
 
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E, portanto, podemos dizer que para cada Joule de trabalho W fornecido pelo moto elétrico serão retirados 
21,37 J de calor do quarto. 
 
11. 
𝑇1 = 235 + 273 = 508𝐾 
𝑇2 = 115 + 273 = 388𝐾 
𝑄1 = 6,3 𝑥 10
4𝐽 
 
𝑎) 𝑒 = 1 −
𝑇2
𝑇1
= 1 −
388
508
= 0,2362 → 𝑒 = 23,62% 
 
𝑏) 𝑒 =
𝑊
𝑄1
 → 𝑊 = 𝑒𝑄1 = 0,2362 𝑥 6,3 𝑥 10
4 = 1,48 𝑥 104𝐽 
 
12. Opção C. 
Calcularemos primeiramente o rendimento desta máquina: 
𝜂 =
𝑊
𝑄1
=
5 . 104
105
= 0,5 = 50% 
Devemos calcular agora o rendimento máximo (Carnot), utilizando as temperaturas na escala Kelvin. 
𝜂 = 1 −
𝑇2
𝑇1
= 1 −
450
500
= 0,1 = 10% 
Observamos, portanto, que esta suposta máquina, operando nas temperaturas indicadas, deverá apresentar um 
rendimento máximo de 10%. 
 
13. Opção D. 
Observa-se que a referida máquina recebe 1000 cal (4186 J) e realiza 4186 J de Trabalho, sendo então o 
rendimento de 100%, violando a 2ª da Termodinâmica. 
 
14. Opção B. 
 
 
15. Opção C. 
1. Não há transformação isovolumétrica num ciclo de Carnot; 
2. Isovolumetricamente significa volume constante, então como é possível comprimir a volume constante? 
 
16. Opção A. 
Só é preciso desenhar o diagrama seguindo as etapas: 
1ª Aumento de volume a pressão constante; 
2ª Aumento de volume a temperatura constante; 
3ª Diminuição de volume a pressão constante; 
4ª Aumento da pressão a volume constante.