Ciclo e máquinas térmicas    

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Questão 01 - (UFJF MG)

Em um experimento controlado em laboratório, uma certa quantidade de gás ideal realizou o ciclo ABCDA, representado na figura abaixo.

Nessas condições, analise as afirmativas, a seguir, como verdadeiras (V) ou falsas (F).

(01) No percurso AB, o trabalho

realizado pelo gás é igual a 6 102 J. (02) No percurso BC, o trabalho

realizado é nulo. (04) No percurso CD, ocorre diminuição

da energia interna. (08) Ao completar cada ciclo, o trabalho

líquido é nulo. (16) Utilizando-se esse ciclo em uma

máquina, de modo que o gás realize quatro ciclos por segundo, a potência dessa máquina será igual a 12 102 W.

Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas verdadeiras.

a) 08 b) 09 c) 11 d) 23 e) 24

Questão 02 - (ESPCEX)

Em uma fábrica, uma máquina térmica realiza, com um gás ideal, o ciclo FGHIF no sentido horário, conforme o

desenho abaixo. As transformações FG e HI são isobáricas, GH é isotérmica e IF é adiabática. Considere que, na transformação FG, 200 kJ de calor tenham sido fornecido ao gás e que na transformação HI ele tenha perdido 220 kJ de calor para o meio externo. A variação de energia interna sofrida pelo gás na transformação adiabática IF é

a) –40 kJ b) –20 kJ c) 15 kJ d) 25 kJ e) 30 kJ

Questão 03 - (UDESC)

A Figura 2 apresenta um ciclo termodinâmico descrito por um gás. Assinale a alternativa que apresenta, para este ciclo, a variação de energia interna do gás e o trabalho por ele realizado, respectivamente.

a) 0,0J e 1,5×105 J b) 1,0J e 2,0×105 J c) 0,0J e 0,0×105 J d) 0,0J e 1,0×105 J

                                                                                                                                                                                             

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e) 0,5J e 0,5×105 J Questão 04 - (FCM MG)

O gráfico pressão (P) versus volume (V) abaixo mostra um ciclo termodinâmico de um gás ideal operado por uma máquina térmica, que funciona na sequência ABCDA. A transformação AB é adiabática; a BC é isobárica; a CD é isotérmica; e a DA é isovolumétrica.

Conforme os dados fornecidos pelo gráfico, pode-se afirmar que:

a) O volume do gás no ponto B é

calculado usando-se a relação PA.VA = PB.VB.

b) O trabalho realizado pelo gás na expansão é maior que na compressão.

c) A temperatura do gás no ponto D é menor que no ponto B.

d) O ciclo ABCDA é de uma máquina de Carnot.

Questão 05 - (UNESP)

Determinada massa de gás ideal sofre a transformação cíclica ABCDA mostrada no gráfico. As transformações AB e CD são isobáricas, BC é isotérmica e DA é adiabática. Considere que, na transformação AB, 400 kJ de calor tenham sidos fornecidos ao gás e que, na transformação CD, ele tenha perdido 440 kJ de calor para o meio externo.

Calcule o trabalho realizado pelas forças de pressão do gás na expansão AB e a variação de energia interna sofrida pelo gás na transformação adiabática DA.

Questão 06 - (UEA AM)

Em 1824 o engenheiro francês Nicolas Léonard Sadi Carnot demonstrou que se uma máquina térmica, operando entre duas temperaturas constantes T1 e T2 (com T1 > T2), trabalhasse em ciclos segundo o gráfico mostrado, apresentaria o maior rendimento possível para essas temperaturas. Esse ciclo passou a se chamar Ciclo de Carnot e essa máquina, máquina ideal ou máquina de Carnot.

No Ciclo de Carnot um gás ideal sofre quatro transformações reversíveis: duas isotérmicas (AB e CD) e duas adiabáticas (BC e DA). A respeito da máquina e do Ciclo de Carnot, é correto afirmar que

                                                                                                                                                                                             

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a) na transformação BC a máquina cede calor ao meio externo.

b) na transformação CD o gás sofre uma compressão e é aquecido.

c) o trabalho total realizado em cada ciclo é nulo.

d) o gás só troca calor com o meio externo nas transformações AB e CD.

e) na expansão AB o meio externo realiza trabalho sobre o gás.

Questão 07 - (UNIOESTE PR)

A figura abaixo apresenta o diagrama pV para o ciclo fechado de uma máquina térmica que usa um gás ideal monoatômico como substância de trabalho. Considerando p1, p2 e p3 respectivamente como as pressões nos pontos 1, 2 e 3, as informações da figura e que p2=5 ⋅ p1, pode-se afirmar:

I. O processo 1 → 2 é isocórico e o

processo 3 → 1 isobárico. II. O trabalho realizado sobre o sistema

(gás monoatômico) no processo 1 → 2 é maior que zero joule.

III. O calor transferido ao sistema (gás monoatômico) no processo 3 → 1 é menor que zero joule.

IV. A temperatura no ponto 3 é 5 vezes maior do que aquela no ponto 1.

V. A variação da energia interna do sistema é nula no ciclo 1231.

Considere as afirmações acima e assinale a alternativa correta.

a) A afirmativa V é falsa. b) As alternativas I e II são verdadeiras. c) As alternativas I, II e IV são falsas. d) Todas as alternativas são falsas. e) As alternativas I, III e IV são

verdadeiras. Questão 08 - (UFRN)

As transformações termodinâmicas ilustradas no diagrama PV da figura abaixo constituem o modelo idealizado do ciclo Otto, utilizado em motores de combustão interna de automóveis a gasolina. No diagrama, P representa a pressão na câmara de combustão, e V o volume da câmara. Suponha que, na transformação b→c, 200 J de calor sejam fornecidos a partir da queima da mistura ar-gasolina contida na câmara de combustão e que 80 J de calor tenham sido liberados, durante a exaustão, na transformação d→a.

Dados: ⇒ No ciclo Oto, é possível ocorrerem os

seguintes tipos de transformações: transformações isovolumétricas, expansão adiabática e compressão adiabática.

⇒ Primeira lei da Termodinâmica: ΔU = Q – W, onde ΔU é a variação da energia interna do sistema, Q é o calor total trocado pelo sistema, e W é o trabalho total realizado.

A partir dessas informações,

a) identifique as transformações que

ocorrem entre os estados (a→b), (b→c), (c→d) e (d→a).

                                                                                                                                                                                             

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b) determine o trabalho realizado no ciclo Otto completo.

Questão 09 - (UFMG)

Uma máquina térmica é constituída de um cilindro, cheio de gás, que tem um êmbolo móvel. Durante o funcionamento dessa máquina, o gás é submetido a um processo cíclico, que o leva de um estado K a outro estado L e, depois, de volta ao estado K e assim sucessivamente, como representado no diagrama pressão versus volume, mostrado na figura abaixo.

Considerando essas informações, RESPONDA:

a) Em qual dos dois estados – K ou L –

a temperatura do gás é maior? JUSTIFIQUE sua resposta.

b) Em um ciclo completo, em que o gás sai do estado K e volta ao mesmo estado, essa máquina realiza trabalho líquido? JUSTIFIQUE sua resposta.

c) Tendo-se em vista que se trata de um sistema ideal, é possível converter em trabalho todo o calor fornecido a essa máquina? JUSTIFIQUE sua resposta.

Questão 10 - (UEG GO)

Uma máquina térmica percorre o ciclo descrito pelo gráfico abaixo. A máquina

absorve de energia térmica por ciclo.

Responda ao que se pede.

a) Qual é a variação na energia interna no ciclo ABCA? Justifique.

b) Calcule o trabalho realizado pelo motor em um ciclo.

c) Calcule a quantidade de energia térmica transmitida à fonte fria.

d) Calcule o rendimento dessa máquina térmica.

Questão 11 - (UFBA)

Um sistema termodinâmico composto por quatro moles de um gás ideal descreve o ciclo representado no gráfico.

Considerando a constante universal dos gases ideais , determine • os pontos nos quais o gás atinge a

maior e a menor temperatura; • os valores dessas temperaturas; • o trabalho realizado pelo gás em cada

trecho; • a diferença entre o calor por ele

absorvido e o cedido ao meio exterior durante um ciclo.

Questão 12 - (UFLA MG)

                                                                                                                                                                                             

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O gráfico PV abaixo mostra o ciclo reversível ABCA percorrido por um gás considerado ideal. Sabe-se que o calor envolvido no processo AB, e tomado em módulo, vale , e no processo CA, também em módulo, . Pode-se afirmar que o calor QBC envolvido no processo BC, vale

a) -17,2.105 J b) 2,4.105 J c) 3,6.105 J d) -0,6.105 J

Questão 13 - (UESC BA)

A figura representa o ciclo termodinâmico descrito por um motor a diesel.

Considerando a substância operante como sendo um gás ideal, julgue as seguintes proposições, assinalando com V as afirmações verdadeiras e com F, as falsas. ( ) O trabalho realizado no processo

é positivo, e a energia interna do sistema diminui.

( ) O trabalho realizado no processo é nulo.

( ) O processo é uma expansão adiabática, e o sistema realiza trabalho à custa da energia interna.

( ) O processo representa um resfriamento do sistema a volume constante.

A alternativa que contém a seqüência correta, de cima para baixo, é a 01. VVVF 02. VVFV 03. FVVF 04. VFVF 05. FFVV

Questão 14 - (UEM PR)

Considere uma máquina a vapor, operando em ciclos de Carnot, que possui um condensador para resfriar o vapor de saída a 27 ºC e que opera com rendimento de 40%. Assinale o que for correto. 01. Nessa condição, a temperatura da caldeira é,

aproximadamente, 500 K. 02. Nessa condição, a temperatura da caldeira é,

aproximadamente, 227 ºC. 04. Mantendo a temperatura da caldeira a 600 K, a

máquina terá rendimento aproximado de 50%. 08. Quanto maior o rendimento da máquina, maior

deve ser a temperatura da caldeira. 16. Se ajustarmos a temperatura do condensador para

um valor ideal, o rendimento da máquina pode chegar a 100%.

GABARITO: 1) Gab: D 2) Gab: C 3) Gab: D 4) Gab: B 5) Gab:

τAB = 2,8 × 105 J ΔUDA = 2 × 104 J

6) Gab: D 7) Gab: E

                                                                                                                                                                                             

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8) Gab:

a) O ciclo se inicia com a compressão adiabática a→b seguida, respectivamente, das transformações isovolumétrica b→c, expansão adiabática c→d e isovolumétrica d→a .

b) 120 J 9) Gab:

a) Considerando que o gás se comporta como um gás ideal, a sua temperatura T, para um número constante de mols, é diretamente proporcional ao produto da pressão P pelo volume V. Logo, T α P.V. O ponto L possui maior pressão e volume que o K, logo, possui maior temperatura.

b) Ao longo do ciclo, há realização de trabalho positivo – aumento no volume – e negativo – redução no volume. O trabalho líquido – soma do trabalho positivo e do negativo – corresponde a área interna do ciclo e é positivo.

c) Não é possível. Durante a realização do ciclo, é necessária a liberação de energia na forma do fluxo de calor do gás para o meio. Essa energia liberada não pode ser nula – 2ª Lei da Termodinâmica – e corresponde à diferença entre o calor fornecido e o trabalho líquido ao longo de um ciclo.

10) Gab:

a) , já que em um ciclo fechado a variação da temperatura é nula.

b) 4 x 105 J c) Q2 = 2 x 105 J d)

11) Gab:

mínima no ponto A e máxima no ponto B temperatura mínima (ponto A)

temperatura máxima (ponto B)

trecho AB ;

trecho BC trecho CA

Para se calcular a diferença entre os calores absorvido e cedido, usa-se a 1ª lei da termodinâmica, , em que

é a variação da energia interna, Q é a diferença procurada e W é o trabalho total realizado pelo gás. Como, em um ciclo fechado a variação da energia interna do gás é nula , tem-se que . Logo,

. 12) Gab: C 13) Gab: 05 14) Gab: 15