respostas Segunda lei da Termodinâmica

Prévia do material em texto

Segunda lei da Termodinâmica 
Resoluções 
 
01- η=1 – 36/45 --- η= 1 - 0,8 --- η=0,2=20% 
02- a) η = 1 – T1/T= 1 – (0 + 273)/(100 + 273) --- η = 1 – 273/373=(373 – 
273)/373 --- η =0,268 ou η = 26,8% 
b) η = 1 – Q1/Q --- 0,268= 1 – Q1/1.000 --- Q1=732cal 
03- η = 1 – T1/T --- 0,25= 1 – (27 + 273)/T --- 0,75=300/T --- T=300/0,75 --
- T=400K=127oC 
04- η = 1- 275/300 --- η = 25/300 --- η = 0,08 --- η = 8% 
05- R- V V V V V --- veja teoria 
06- R- D --- veja teoria 
07- η=1 –(273 – 73)/(273 + 227)=1 – 200/500 --- η=1 – 0,4=0,6 --- R- E 
08- (01) Falsa --- veja teoria 
(02) Correta --- veja teoria 
(04) Falsa --- veja teoria 
(08) Verdadeira --- o rendimento da máquina de Carnot é função exclusiva das 
temperaturas absolutas das fontes fria e quente e não depende da substância que faz a 
máquina térmica funcionar. 
(16) Verdadeira --- veja teoria 
R- (02+08+16) = 26 
09- 01. Falsa --- o ciclo de Carnot indica um rendimento máximo, mas menor que 
100%. 
02. Verdadeira --- η= 1 – (273 + 7)/(273 + 37)= 1 – 0,9 --- η=90% --- 20%<η 
04. Verdadeira --- a água apresenta densidade máxima a 4oC. 
08. Verdadeira --- veja teoria. 
16. Falsa --- não viola o princípio da conservação da energia. 
R- (02 + 04 + 08)=14 
10- W=Q1 – │Q2│=3,0.104J --- η = W/Q1 --- 0,6=3,0.104/Q1 --- Q1=5,0.104J --
- Q1– │Q2│=3,0.104J --- 5,0.104 – │Q2│= 3,0.104 --- │Q2│= 2,0.104J --
- primeira lei da termodinâmica --- ΔQ=W --- ΔU=ΔQ – W --- ΔU=3,0.104 – 
3,0.104 --- ΔU=0 --- R- D 
11- W= Q1 – Q2 --- 800=4.000 – Q2 --- Q2=3.200J --- η = 1 – Q2/Q1 --- η = 1 – 
3.200/4.000 --- η = 1,0 – 0,8 --- η = 0,2 --- 
η = 1 – T2/T1 --- 0,2= 1 – 300/T1 --- T1=300/0,8 --- T1= 375K --- R- A 
12- I. Correta --- os espaços vazios entre as prateleiras facilitam as correntes de 
convecção. 
II. Falsa --- a massa de gelo corresponde a um isolante térmico evitando que o 
congelador retire calor do interior da geladeira. 
III. Correta --- o calor retirado do interior da geladeira deve sair pela “grade”. 
R- D 
13- R- E --- veja teoria 
14- Com T1=500K e T2=250K, o rendimento máximo dessa máquina valeria --- η = 1 
– T2/T1=1 – 250/500 --- η = 0,5 --- se o trabalho produzido por essa máquina fosse 
W=0,75Q1 e o calor rejeitado fosse Q2=0,25Q1, o rendimento dessa máquina seria --
- η = Q1 – Q2/Q1 --- η = W/Q1=0,75Q1/Q1 --- η =0,75 --- esse rendimento é 
impossível, pois é maior que o rendimento de uma máquina de Carnot operando entre 
as mesmas fontes --- R- A 
15- No tempo 2, ocorre a compressão: com as válvulas fechadas, o êmbolo sobe, 
movido pelo virabrequim, comprimindo a mistura ar combustível rapidamente --
- observe que como a compressão é muito rápida, não ocorre trocas de calor com o 
meio, portanto o processo é adiabático --- R- B 
16- η = 1 – X/400 --- 1= 1 – X/400 --- 0=T/400 --- T=0K --- R- D --
- Observação --- para o rendimento ser de 100% a temperatura da fonte fria 
deveria ser a temperatura absoluta 0K (-273oC), o que, de acordo com a segunda lei 
da Termodinâmica não pode ocorrer --- veja teoria de entropia. 
17- I. Falsa --- temperatura é um número associado ao nível de vibração das 
moléculas. 
II. Verdadeira --- veja teoria 
III. Verdadeira --- adiabática --- Q=0 --- ΔU=Q – W --- ΔU= 0 – W --- ΔU=-
W --- observe que numa expansão --- W>0 e, consequentemente ΔU<0. 
IV. Falsa --- você pode comprimi-lo isotermicamente que sua temperatura aumenta. 
R- D 
18- a) Transformação Isotérmica: ocorre à temperatura constante --- Transformação 
adiabática: ocorre sem quem haja trocas de calor 
b) η=1 – 400/800=1 – ½ --- η=0,5=50% 
c) Se o rendimento é de 50%, de todo calor recebido essa porcentagem é 
transformada em trabalho --- W=500J 
19- η=30/100=0,3 --- η = 1 – T2/T1 --- 0,3= 1 – T2/T1 --- T1=T2/0,7 --
- T’=2T1 --- T’=2T2/0,7 --- T’=T2/0,35 --- η’=1 – T2/T1 --- η’= 1 – T2/(T2/0,35) -
-- η’=1 – 0,35 --- η’=0,65 --- R- E 
20- Cálculo do máximo rendimento dessa máquina --- η = 1 – 300/500 --- η=1,0 – 
0,6 --- η = 0,4=40% --- nenhuma das máquinas pode ter rendimento superior a 
0,4 --- A --- η =10.000/10.000 --- η=1 (não pode, superior a 0,4) --- B --
- η=6.000/12.000 --- η=0,5 (não pode, superior a 0,4) --- C --- η=3.000/8.000 -
-- η=0,375 --- (pode, inferior a 0,4) --- R- C 
21- I. Verdadeira --- veja teoria 
II. Falsa --- como no decorrer do ciclo a temperatura varia, energia interna também 
variará 
III. Falsa --- é impossível transformar todo calor recebido em trabalho 
R- A 
22- R- C --- veja teoria 
23- 01. Correta --- compressão rápida é adiabática (não troca calor com o 
ambiente) --- Q=0 --- ΔU=Q – W --- ΔU= -W --- na compressão o volume 
diminui e o W é negativo --- ΔU= - (-W) --- ΔU > 0. 
02. Falsa --- duas isotérmicas e duas adiabáticas. 
04. Falsa --- depende também da temperatura da fonte fria. 
08. Correta --- veja teoria 
16. Correta --- veja teoria 
R- (01 + 08 + 16)=25 
24- Temperatura está associada ao numero que mede o movimento oscilatório das 
moléculas --- no compartimento das mais velozes, a temperatura é maior e no das 
mais lentas, a temperatura é maior --- R- A 
25- R- E --- sempre que o gás se expande, seu volume ao aumentar, produz trabalho 
positivo. 
26- R- A --- O Segundo Princípio da Termodinâmica que um sistema isolado tende a 
evoluir no sentido de aumentar a entropia. 
27- Como a entropia refere-se à desordem do sistema, a entropia diminui --- R- A 
28- a) Utilizando a equação --- Ea≈1 – 1/√ra --- Ea=1 – 1/√11=1 – 1/(10/3) --
- Ea=1 – 3/10 --- Ea=0,7=70% --- Eg≈1 – 1/√rg --- Eg=1 – 1/√9=1 – 1/3 --
- Eg=2/3 --- Eg=0,67=67% 
b) PfVf/Tf= PiVi/Ti --- 30.36/Tf=1.400/300 --- Tf=810K 
29- R- (01 + 04 + 16) = 21 
30- R- D --- veja teoria 
31- 
 
32- I. Falsa --- A maior temperatura obtida por uma máquina (motor) térmica é a da 
combustão, que é a temperatura onde acontece a reação química do carboidrato com o 
oxigênio do ar, resultando em gás carbônico e água, sem relação nenhuma com a 
temperatura de fervura. 
II. Correta --- esta equação é a que fornece o rendimento de uma máquina térmica 
ideal e pode ser utilizada para análise de rendimento de máquinas reais. 
III. Correta --- Carnot --- “O rendimento de uma máquina térmica não depende do 
tipo de combustível utilizado, dependendo apenas da temperatura da fonte quente 
(mais alta) e da fonte fria (mais baixa)” 
IV. Correta --- Não existe máquina térmica com rendimento de 100%, que consiga 
transformar integralmente calor em trabalho. 
R- E 
33- 
 
R- C 
34- I. Correta --- O refrigerador é uma máquina térmica que transfere calor da fonte 
fria para a fonte quente. 
II. Correta --- O refrigerador é uma máquina térmica que usa um líquido refrigerante 
com processos de condensação e vaporização. 
III. Falsa --- quanto maior o calor latente de vaporização do líquido refrigerante, 
menor é o trabalho realizado pelo refrigerador. 
IV. Correta --- O processo de refrigeração realiza trabalho por meio de um 
compressor que mantém a circulação do fluido refrigerante, retirando calor da fonte 
fria e transferindo-o para a fonte quente. 
R- D 
35- Em um sistema de refrigeração, como uma geladeira ou ar-condicionado, o 
trabalho é recebido para que o calor oriundo da fonte fria seja transferido para a fonte 
quente --- R- D 
36- (01) Correta. 
(02) Correta. 
(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar 
integralmente calor em trabalho. 
(08) Correta. 
(16) Correta. A variação da energia internadepende somente da temperatura. Se o 
processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. 
R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27 
37- No ciclo temos as seguintes transformações: 
JK --- expansão isotérmica. Se a entropia aumenta, o sistema recebe calor e realiza 
trabalho; 
KL --- resfriamento adiabático. A temperatura diminui sem variar a entropia, logo 
não há troca de calor; 
LM --- compressão isotérmica. A entropia diminui, o sistema perde calor e recebe 
trabalho; 
MJ --- aquecimento adiabático. A temperatura aumenta sem variar a entropia --
- observe que se trata de um ciclo de Carnot, com rendimento --- η=1 – T1/T2 --
- Calculo do trabalho realizado no ciclo, lembrando que a variação da entropia é --
- ΔS=Q/T, onde Q é o calor trocado na transformação --- a transformação JK é 
isotérmica, portanto a variação da energia interna é nula --- da 1ª lei da 
termodinâmica ( ) --- 0 = QJK – WJK --- WJK = QJK. (equação 1) --- DSJK= 
QJK/T2 --- QJK=(SJ – SK).T2 --- QJK = (S2 – S1)T2 --- substituindo nessa expressão a 
equação (1) --- WJK = (S2 – S1)T2 --- seguindo esse mesmo raciocínio para a 
transformação LM, que também é isotérmica, mas com compressão --- WLM = (S1 – 
S2)T1 Þ WLM = –(S2 – S1)T1 --- nas transformações KL e MJ o sistema não troca 
calor --- novamente, pela 1ª lei da termodinâmica --- DUKL = – WKL e DUMJ = –
WMJ --- como DUMJ = – DUKL Þ WMJ = – WKL --- o trabalho no ciclo é o somatório 
desses trabalhos --- Wciclo = WJK + WKL + WLM + WMJ --- Wciclo = (S2 – S1)T2 + WKL – 
(S2 – S1)T1 – WKL --- Wciclo = (S2 – S1)T2 – (S2 – S1)T1 --- Wciclo = (S2 – S1) (T2 – 
T1). 
R- B 
38- A 2ª Lei da Termodinâmica afirma que nenhuma máquina térmica, operando em 
ciclos entre uma fonte quente, à temperatura T1, e uma fonte fria, à temperatura T2, 
consegue transformar integralmente calor em trabalho. Portanto o rendimento nunca 
pode chegar a 100%, sendo no máximo, igual ao da máquina de Carnot --- de fato, 
analisando o gráfico, vemos que o rendimento seria igual a 100% quando a razão 
T2/T1 fosse nula, ou seja --- T2/T1=0 --- T2=0 --- a fonte fria teria que estar a 0 K, 
o que é um absurdo --- portanto o rendimento r é sempre menor que 100%. 
R- E 
39- Dados: T1 = 27 °C = 300 K; Q1 = 40 kJ; W = 10 kJ. 
O rendimento (h) desse motor é --- η=W/Q1=10/40 --- η=0,25=25% --- aplicando 
esse rendimento ao ciclo de Carnot --- 
h = 1 – --- h --- T1 = --- T1 = K --- T1 = 400 
– 273 --- T1 = 127 °C. 
R- A 
40- (01) Correta. 
(02) Correta. 
(04) Errada. A 2ª lei da termodinâmica afirma que é IMPOSSÍVEL transformar 
integralmente calor em trabalho. 
(08) Correta. 
(16) Correta. A variação da energia interna depende somente da temperatura. Se o 
processo é cíclico, o sistema retorna sempre à temperatura inicial. 
R- (01 + 02 + 08 + 16) = 27 
41- A termodinâmica estabelece que nenhuma máquina operando em ciclos fornece 
rendimento maior que a máquina ideal de Carnot.Portanto, r < 50% --- R- D 
42- Se a expansão é isotérmica a energia interna não varia. Sendo o sistema não 
termicamente isolado, todo calor recebido pelo gás é transformado em trabalho --- R- 
A 
43- Respostas das questões de física: 
01. Falsa --- O ciclo de Carnot é um ciclo teórico que dá o máximo rendimento que 
uma máquina térmica poderia fornecer --- na prática, nenhum motor opera segundo 
esse ciclo. 
04. Falsa --- a relação entre força (F) e velocidade (v) depende da potência (P), 
pois --- P = F.V 
08. Falsa --- o calor de combustão é fornecido pela queima do combustível --- a 
faísca é somente para iniciar a combustão. 
16. Correta. 
R- (02 + 16 + 64) = 82 
44- 01. Resposta de Biologia. O neodarwinismo é a síntese entre a teoria darwinista 
(séc. XIX) e os conhecimentos de genética (séc. XX). 
02. Resposta de Física --- Falsa --- a equação geral dos gases, afirma que, para 
uma amostra de gás ideal confinada num recipiente, vale a relação --- PV=nRT --
- através dessa expressão você observa que a teoria geral dos gases ideais é assim 
resumida: “o produto pressão (P) x volume (V) é diretamente proporcional à 
temperatura absoluta (T) do gás.” --- existe uma única exceção que ocorre numa 
transformação isotérmica onde a temperatura absoluta é constante e P.V=K e, nesse 
caso a pressão e o volume são inversamente proporcionais --- mas trata-se apenas 
de um caso particular. 
04. Resposta de Física --- Falsa --- a falta de comunicação entre os componentes da 
comunidade científica é apenas um dos entraves --- existem outros fatores, como por 
exemplo, falta de investimentos nessas novas tecnologias, dificuldades técnicas na 
construção de equipamentos para elaboração dos produtos em escala comercial --
- tecnologia exige tecnologia. 
08) Resposta de Física --- falsa --- a segunda lei da termodinâmica afirma 
exatamente o contrário: é impossível transformar integralmente calor em trabalho. 
16. Resposta de Física --- Correta --- o transporte de informações através de fibras 
ópticas é feito por reflexão total no interior da fibra --- esse fenômeno só é possível 
quando o sentido de propagação da luz é do meio mais refringente (núcleo) para o 
meio menos refringente (revestimento), como indicado na figura abaixo. 
 
32. Resposta de Biologia --- a conservação dos alimentos impõe a eliminação ou 
redução da ação de microrganismos decompositores ou patogênicos como bactérias, 
fungos e algas --- os trabalhos de Pasteur contribuíram para o desenvolvimento de 
técnicas de conservação dos alimentos. 
R- (01 + 16 + 32) = 49. 
45- A segunda lei da termodinâmica envolve a transformação de calor em trabalho --
- dos processos dados, o único que não envolve realização de trabalho é o movimento 
de um satélite em órbita, pois se trata de um sistema conservativo, já que ocorre 
 
 no vácuo, não havendo atrito com o ar e consequentemente não provocando calor --
- assim, não há transformação de calor em trabalho ou vice-versa, não violando, 
portanto, a segunda lei da termodinâmica, qualquer que seja o sentido de giro do 
satélite. 
R- B 
46-( (UFG-GO-012) 
 Observe as figuras e as explicações abaixo --- o primeiro tempo refere-se à admissão, 
a mistura entra e o gás se expande 
 
isobáricamemte (trecho OA) --- o segundo tempo refere-se à compressão (trecho AD) -
-- o terceiro tempo refere-se à combustão, cujo início ocorre devido à faísca elétrica 
(trecho DC) --- o quarto tempo refere-se à exaustão (escape) ao final da qual os gases 
são expelidos (trecho CB) --- a faísca ocorre no início do trecho DC, em C e a liberação 
dos gases no final do trecho CB, em B --- R- D 
 
 47-(AFA-012) 
I- Falsa --- máquinas térmicas – qualquer dispositivo capaz de transformar a energia 
interna de um combustível em energia mecânica --- também pode ser definida como o 
dispositivo capaz de transformar parte de calor em trabalho. 
II. Correta --- enunciado de Clausius --- não é possível um processo cujo único 
resultado seja a transferência de calor de um corpo de menor temperatura a outro de 
maior temperatura --- para que isso ocorra é preciso realizar trabalho --- as máquinas 
frigoríficas não contrariam o enunciado da segunda lei da Termodinâmica, que a referida 
passagem não é espontânea, ocorrendo à custa de um trabalho externo. No refrigerador 
das geladeiras comuns existe um líquido refrigerante (freon, tetrafluoretano, etc,), que, 
ao sofrer expansão passa do estado líquido ao estado gasoso, que abaixa a temperatura 
na serpentina interna (congelador). 
III. Falsa --- contraria o segundo princípio da termodinâmica que pode ser definido 
como: “É impossível obteruma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de 
transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho”. 
IV- Correta --- Ciclo de Carnot é o ciclo executado pela máquina de Carnot, idealizada 
pelo engenheiro francês Carnot e que tem funcionamento apenas teórico --
- funcionando entre duas transformações isotérmicas e 
duas adiabáticas alternadamente, permite menor perda de energia (Calor) para o meio 
externo (fonte fria) --- o rendimento da Máquina de Carnot é o máximo que 
uma máquina térmica trabalhando entre dadas temperaturas da fonte quente e da fonte 
fria pode ter (mas o rendimento nunca chega a 100%). 
R- D 
48-(ENEM-MEC-011) 
 Pode-se definir o Segundo Princípio da Termodinâmica da seguinte maneira: “É 
impossível obter uma máquina térmica que, operando em ciclos, seja capaz de 
transformar totalmente o calor por ela recebido em trabalho” --- sempre haverá energia 
dissipada pelo motor --- R- C.