Lista 4 Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica

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Lista 4 Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica
Eficiência de uma máquina térmica, que opera absorvendo um calor Qq de uma fonte quente, rejeitando um calor Qf em uma fonte fria e realizando um trabalho W, pode ser descrita matematicamente como
A. 1−Qq/Qf.
B. W/Qq. 
C. (Qq+Qf)/Qq.
D. QqQf/Qq.
Uma máquina térmica funciona entre 200 K e 100 K. A cada ciclo, retira 100 J do reservatório quente, perde 25 J para o reservatório frio e realiza 75 J de trabalho. Esta máquina térmica viola:
Escolha uma opção:
a. nem a primeira lei nem a segunda lei da termodinâmica
b. tanto a primeira como a segunda leis da termodinâmica
c. não é possível responder sem se conhecer o equivalente mecânico do calor
d. a primeira lei mas não a segunda lei da termodinâmica
e. a segunda lei, mas não a primeira lei da termodinâmica
Uma máquina térmica absorve 390 J de energia de um reservatório quente e executa 20 J de trabalho em cada ciclo. Encontre
(a) a eficiência da máquina (em porcentagem)
5.12
(b) a energia (em J) expelida para o reservatório frio em cada ciclo.
370
Um dispositivo que converte energia térmica para outras formas de energia úteis é uma
Escolha uma opção:
A. refrigerador.
B. máquina térmica. 
C. bomba de calor.
D. motor elétrico.
Uma máquina térmica que em cada ciclo realiza trabalho positivo e perde energia como calor, sem entrada de energia térmica, violaria:
Escolha uma opção:
a. a segunda lei da termodinâmica
b. A segunda lei de Newton
c. a primeira lei da termodinâmica 
d. a lei zero da termodinâmica
e. a terceira lei da termodinâmica
Um processo reversível é um para o qual
Escolha uma opção:
A. o estado final é o mesmo que o estado inicial.
B. o sistema pode retornar a sua condição inicial pelo mesmo caminho com todo ponto representando um estado de equilíbrio. 
C. o estado final pode ser alcançado do estado inicial por uma máquina de Carnot tanto quanto pelo processo em si.
D. o estado inicial pode ser alcançado de um estado final com todo ponto em um estado de equilíbrio.
Um processo lento (quase-estático) NÃO é reversível se:
Escolha uma opção:
a. a pressão varia
b. há atrito 
c. trabalho é realizado sobre o sistema
d. a energia é absorvida ou emitida como calor
e. a temperatura muda
Um processo reversível é um para o qual
Escolha uma opção:
A. o estado final é o mesmo que o estado inicial.
B. o sistema pode retornar a sua condição inicial pelo mesmo caminho com todo ponto representando um estado de equilíbrio. 
C. o estado final pode ser alcançado do estado inicial por uma máquina de Carnot tanto quanto pelo processo em si.
D. o estado inicial pode ser alcançado de um estado final com todo ponto em um estado de equilíbrio.
Uma máquina térmica funciona entre um reservatório de alta temperatura em TQ e um reservatório de baixa temperatura em TF. A sua eficiência é dada por 1−TF/TQ:
Escolha uma opção:
a. apenas se a máquina for reversível 
b. apenas se a substância de trabalho for um gás ideal
c. independentemente das características que a máquina tenha
d. apenas se a máquina for quase-estática
e. apenas se a máquina funcionar num ciclo Stirling
Três máquinas térmicas operam entre reservatórios térmicos com diferença de temperatura de 200 K. Os reservatórios têm temperaturas de:
máquina A: Th=600K; Tc=400K
máquina B: Th=500K; Tc=300K
máquina C: Th=550K; Tc=350K.
Ordene as máquinas de acordo com sua máxima eficiência, da menor para a maior:
Escolha uma opção:
A. B, A, C.
B. A, B, C.
C. A, C, B. 
D. B, C, A.
Um ciclo de Carnot:
Escolha uma opção:
a. só existe para um gás ideal 
b. é qualquer processo de quatro lados num gráfico p-V
c. consiste em dois processos isotérmicos e dois processos a volume constante
d. tem uma eficiência igual à da área fechada num diagrama p-V
e. é limitado por duas isotermas e duas adiabáticas num gráfico p-V
Foi proposta uma usina de força que empregasse o gradiente de temperatura no oceano. O sistema deve operar entre Tq=17,0oC (temperatura da água da superfície) e 5.0oC (temperatura da água a uma profundidade de aproximadamente 1 km). Se a potência útil fornecida pela usina é de P=22 MW, quanto calor é absorvido por hora em GJ/h (1 giga (G)=109)? 1915,0
Uma máquina de Carnot funciona entre 200°C e 20°C. A sua eficiência máxima possível é:
Escolha uma opção:
a. 38% 
b. 24%
c. 72%
d. 90%
e. 100%
Quando comparada com uma máquina de Carnot funcionando com as mesmas temperaturas, máquinas reais são
Escolha uma opção:
A. Mais quentes.
B. Mais frias.
C. Mais eficientes.
D. Menos eficientes.
Uma máquina de Carnot e uma máquina irreversível funcionam ambas entre os mesmos reservatórios de alta temperatura e de baixa temperatura. Elas absorvem a mesma quantidade de calor do reservatório de alta temperatura. A máquina irreversível:
Escolha uma opção:
a. não pode absorver a mesma energia do reservatório de alta temperatura como calor sem violar a segunda lei da termodinâmica
b. tem a maior eficiência
c. tem a mesma eficiência que a máquina reversível
d. rejeita mais energia como calor para o reservatório a baixa temperatura 
e. realiza mais trabalho
Uma máquina térmica funciona entre 200 K e 100 K. A cada ciclo, retira 100 J do reservatório quente, perde 25 J para o reservatório frio e realiza 75 J de trabalho. Esta máquina térmica viola:
Escolha uma opção:
a. nem a primeira lei nem a segunda lei da termodinâmica
b. tanto a primeira como a segunda leis da termodinâmica
c. a segunda lei, mas não a primeira lei da termodinâmica 
d. não é possível responder sem se conhecer o equivalente mecânico do calor
e. a primeira lei mas não a segunda lei da termodinâmica
Um refrigerador de Carnot funciona entre um reservatório frio à temperatura TF e um reservatório quente à temperatura TQ. Pretende-se aumentar o seu coeficiente de desempenho. Das seguintes, qual a mudança que resulta no maior aumento do coeficiente? O valor de ΔT é o mesmo para todos os casos.
Escolha uma opção:
a. Baixar a temperatura do reservatório frio de ΔT
b. Aumentar a temperatura do reservatório quente de ΔT
c. Aumentar a temperatura do reservatório frio de ΔT
d. Baixar a temperatura do reservatório quente de (1/2)ΔT e aumentar a temperatura do reservatório frio de (1/2)ΔT
e. Baixar a temperatura do reservatório quente de ΔT
Um refrigerador reversível funciona entre um reservatório a baixa temperatura TF e um reservatório a alta temperatura TQ. O seu coeficiente de desempenho é dado por:
Escolha uma opção:
a. (TQ−TF)/TF
b. TQ/(TQ−TF)
c. (TQ−TF)/TQ
d. TF/(TQ−TF) 
e. TQ(TQ+TF)
Um refrigerador absorve energia de magnitude |Qf| como calor de um reservatório a baixa temperatura e rejeita energia de magnitude |Qq| como calor para um reservatório a alta temperatura. O trabalho W é feito sobre a substância de trabalho. O coeficiente de desempenho é dado por:
Escolha uma opção:
a. |Qq|/W
b. W/|Qq|
c. |Qf|/W 
d. W/|Qf|
e. (|Qq|+|Qf|)/W
Uma bomba de calor é essencialmente uma máquina térmica funcionando de trás para frente. Ela extrai calor do ar mais frio do lado de fora e o deposita em um cômodo mais quente. Suponha que a razão entre o calor real que entra no cômodo e o trabalho realizado pelo motor do dispositivo é e=5,7 % da razão máxima teórica. Determine o calor que entra no cômodo por joule de trabalho realizado pelo motor quando a temperatura interna é de 20.0oC e a temperatura externa é de Tf=-4,3oC. 0,69
Um freezer possui um coeficiente de desempenho igual a 2,0. O freezer deve converter 1,7 kg de água a 25∘C em 1,7 kg de gelo a −5∘C em uma hora. O calor latente de fusão da água é igual a 334×103 J/kg, o calor específico do gelo é 2100 J/(kg. K) e o calor específico da água é 4190 J/(kg. K).
Qual é a energia elétrica, em kJ, consumida pelo freezer durante uma hora? 382
Um freezer possui um coeficiente de desempenho igual a 2,0. O freezer deve converter 1,7 kg de água a 25∘C em 1,7 kg de gelo a −5∘C em uma hora. O calor latente de fusão da água é igual a 334×103 J/kg, o calor específico do gelo é 2100 J/(kg. K) e o calor específico da água é 4190 J/(kg. K).
Quantas vezes mais calor é rejeitado para a sala naqual o freezer está localizado, em relação a quantidade de calor deve ser removida da água para virar gelo? 1,50
Qual é o coeficiente de desempenho de um refrigerador que opera com eficiência Carnot entre as temperaturas −7∘C e 25 ∘C? 8.3171875
Um refrigerador é colocado no meio de uma sala isolada, é ligado e funciona com a porta aberta. O que acontece com a temperatura da sala?
Escolha uma opção:
A. Permanece a mesma.
B. Diminui pela metade.
C. A temperatura diminui.
D. A temperatura aumenta.
Um refrigerador é colocado no meio de uma sala isolada, é ligado e funciona com a porta aberta. O que acontece com a temperatura da sala?
Escolha uma opção:
A. A temperatura aumenta. 
B. Diminui pela metade.
C. A temperatura diminui.
D. Permanece a mesma.
Numa cozinha termicamente isolada, liga-se um refrigerador comum e deixa-se a porta aberta. A temperatura da sala:
Escolha uma opção:
a. diminui de acordo com a primeira lei da termodinâmica
b. permanece constante de acordo com a primeira lei da termodinâmica
c. aumenta de acordo com a segunda lei da termodinâmica 
d. permanece constante de acordo com a segunda lei da termodinâmica
e. aumenta de acordo com a primeira lei da termodinâmica
Uma bomba de calor é essencialmente uma máquina térmica funcionando de trás para frente. Ela extrai calor do ar mais frio do lado de fora e o deposita em um cômodo mais quente. Suponha que a razão entre o calor real que entra no cômodo e o trabalho realizado pelo motor do dispositivo é e=5,4 % da razão máxima teórica. Determine o calor que entra no cômodo por joule de trabalho realizado pelo motor quando a temperatura interna é de 20.0oC e a temperatura externa é de Tf=-4,5oC. 0,65
O coeficiente de desempenho de uma bomba de calor, que opera entre duas fontes de temperaturas Tq e Tf, com Tq>Tf, e realiza um trabalho W, rejeitando calor Qq para a fonte quente, é
Escolha uma opção:
A. Qq/W. 
B. (Tq−Tf)/Tq.
C. (Tq+Tf)/Tq.
D. W/Qq.
A temperatura da superfície do Sol é de aproximadamente 5700 K e em dado ponto a temperatura na superfície da Terra é de aproximadamente 279 K. Que variação da entropia ocorre quando 757 J de energia são transferidas por radiação do Sol à Terra? 2,71
Seja k a constante de Boltzmann, se a configuração das moléculas num gás mudar de uma configuração com M1 microestados para outra com M2 microestados, então a entropia muda de:
Escolha uma opção:
a. ΔS=0
b. ΔS=kM2/M1
c. ΔS=kln(M2⋅M1)
d. ΔS=k(M2−M1)
e. ΔS=kln(M2/M1) 
Para todos os processos reversíveis que envolvam um sistema e o seu ambiente:
Escolha uma opção:
a. nenhuma das alternativas
b. a entropia total do sistema e do seu ambiente aumenta
c. a entropia do sistema não se altera 
d. a entropia total do sistema e do seu ambiente não se altera
e. a entropia do sistema aumenta
Classifique, da menor para a maior, a variação de entropia de uma panela com água sobre uma chapa quente, à medida que a temperatura da água
1. vai de 20° a 30°C
2. vai de 30° a 40°C
3. vai de 40° a 45°C
4. vai de 80° a 85°C
Escolha uma opção:
a. 1, 2, 3, 4 
b. 3 e 4 empatadas, depois 1 e 2 empatadas
c. 1 e 2 empatadas, depois 3 e 4 empatadas
d. 4, 3, 2, 1
e. ordem indeterminada, pois o enunciado não forneceu a temperatura da chapa
A diferença em entropia ΔS=SB−SA de dois estados A e B de um sistema pode ser calculada como a integral ∫dQ/T desde que:
Escolha uma opção:
a. um caminho reversível seja utilizado na integral 
b. A e B estejam à mesma temperatura
c. a mudança na energia interna seja calculada previamente
d. a energia absorvida como calor pelo sistema seja calculada previamente
e. A e B estejam na mesma curva adiabática
O estado termodinâmico de um gás muda de uma configuração com 3.8×1018 microestados para outra com 7.9×1019 microestados. A constante de Boltzmann vale 1.38×10−23J/K. A alteração da entropia do gás é de:
Escolha uma opção:
a. ΔS=1.04×10−23J/K
b. ΔS=0
c. ΔS=−1.04×10−23J/K
d. ΔS=4,19×10−23J/K 
e. ΔS=−4,19×10−23J/K
Um mol de um gás ideal expande-se reversivelmente e isotermicamente à temperatura T até o seu volume duplicar. A mudança da entropia deste gás neste processo é de:
Escolha uma opção:
a. (ln2)/T
b. Rln2 
c. RTln2
d. 2R
e. zero
Um objeto quente e um objeto frio são colocados em contato térmico e a combinação é isolada. Energia é transferida de um para o outro até atingirem uma temperatura comum. A mudança ΔSq na entropia do objeto quente, a mudança ΔSf na entropia do objeto frio, e a mudança ΔStotal na entropia da combinação são respectivamente:
Escolha uma opção:
a. ΔSq>0,ΔSf<0,ΔStotal<0
b. ΔSq>0,ΔSf>0,ΔStotal>0
c. ΔSq<0,ΔSf>0,ΔStotal>0 
d. ΔSq<0,ΔSf>0,ΔStotal<0
e. ΔSq>0,ΔSf<0,ΔStotal>0
Quando a entropia de uma substância trabalhada em uma máquina de Carnot muda por -6,4 J/K,
Escolha uma opção:
A. a entropia do universo muda por +6,4 J/K.
B. a entropia do universo não se altera. 
C. a entropia do universo muda por pelo menos +6,4 J/K.
D. a entropia do universo muda por -6,4 J/K.
A segunda lei da termodinâmica diz que:
Escolha uma opção:
A. a entropia do universo aumenta em todo processo natural.
B. energia não flui espontaneamente de um objeto mais frio para um objeto mais quente.
C. é impossível construir uma máquina térmica que, operando em um ciclo, apenas remova calor de um reservatório térmico e produza uma quantidade equivalente de trabalho.
D. todas as demais alternativas estão corretas.
N moles de um gás ideal sofrem um processo irreversível em que a temperatura tem o mesmo valor no início e no fim. Se o volume mudar de Vi para Vf, a mudança da entropia é dada por:
Escolha uma opção:
a. nRln(Vi/Vf)
b. nR(Vf−Vi)
c. nRln(Vf−Vi)
d. nRln(Vf/Vi) 
e. nenhuma das alternativas (a entropia não pode ser calculada para um processo irreversível)
Mudança de entropia em um sistema que absorve um calor reversível Qr a uma temperatura T é
Escolha uma opção:
A. ∫dQr/T. 
B. ∫dT/dQr.
C. ∫(T−273)dQr.
D. ∫dT/Qr.
Para todos os processos irreversíveis que envolvam um sistema e o seu ambiente:
Escolha uma opção:
a. a entropia do sistema não varia
b. a entropia total do sistema e do seu ambiente não varia
c. nenhuma das alternativas
d. a entropia do sistema aumenta 
e. a entropia total do sistema e do seu ambiente aumenta
A mudança em entropia de uma massa m de água de calor específico c que é aquecida de uma temperatura T1 para T2 é
Escolha uma opção:
A. cmln(T2/T1)
B. cm(T2−T1)/T1 
C. cm(T2−T1)/T2
D. cm(T2/T1)
Em qual dos sistemas abaixo um processo irreversível é acompanhado por um aumento de entropia?
Escolha uma opção:
A. Um sistema fechado. 
B. Um sistema ideal.
C. Um sistema alotrópico.
D. Um sistema aberto.
Um mol de um gás ideal sofre uma expansão livre adiabática para 3 vezes seu volume inicial. Qual alternativa, que relaciona a variação de entropia ΔS, a variação de temperatura ΔT, a variação de energia interna ΔU e/ou o trabalho W realizado, está correta?
Escolha uma opção:
A. ΔU=ΔS=0.
B. ΔT=0;ΔS≠0 
C. W≠0;ΔS≠0.
D. ΔS=ΔT=0.
Seja ΔSI a variação da entropia de uma amostra para um processo irreversível do estado A para o estado B e ΔSR, a variação da entropia da mesma amostra para um processo reversível do estado A para o estado B. Então:
Escolha uma opção:
a. ΔSI=0
b. ΔSI>ΔSR
c. ΔSR=0
d. ΔSI<ΔSR
e. ΔSI=ΔSR 
Um gás ideal sofre uma expansão livre. Se o volume inicial é V1 e o final é V2, a mudança de entropia para os n moles do gás à temperatura T é
Escolha uma opção:
A. nkBln(V2/V1).
B. nRln(V2/V1). 
C. nRTln(V2/V1).
D. nRV2/V1.