www.TutoresEscolares.Com.Br - Física - Exercícios Resolvidos de Leis da Termodinâmica e Máquinas Termicas

2,192 views
2,033 views

Published on

Física - Exercícios Resolvidos de Leis da Termodinâmica e Máquinas Termicas - Faça o Download desse material em nosso site. Acesse www.TutoresEscolares.Com.Br

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
2,192
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
156
Actions
Shares
0
Downloads
0
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

www.TutoresEscolares.Com.Br - Física - Exercícios Resolvidos de Leis da Termodinâmica e Máquinas Termicas

  1. 1. Exercícios Sobre Leis daTermodinâmica e Máquinas Térmicas
  2. 2. 191 Questão(Mackenzie-SP) Um motor térmico funciona segundo ociclo de Carnot. A temperatura da fonte quente é 400 K eda fonte fria é 300 K. Em cada ciclo o motor recebe 600cal da fonte quente. Determine:a) O rendimento desse motor;b) A quantidade de calor rejeitada para a fonte fria em cada ciclo.
  3. 3. 191 Respostaa) O rendimento desse motor; 300 1 400 1 0,75 0,25 ou 25%
  4. 4. 191 Respostab) A quantidade de calor rejeitada para a fonte fria emcada ciclo. 75% de 600cal 450 cal
  5. 5. 192 QuestãoUm inventor informa ter construído uma máquinatérmica que recebe, em certo tempo, 105 cal efornece, ao mesmo tempo, 5 . 104 cal de trabalho útil . Amáquina trabalha entre as temperaturas de 177° C e227° C.a) Que rendimento tem a máquina que o inventor alega ter construído?b) Comente a possibilidade de existir essa máquina.
  6. 6. 192 Respostaa) Que rendimento tem a máquina que o inventor alega ter construído? 4 5 10 5 10 5 10 0,5 ou 50%
  7. 7. 192 Respostab) Comente a possibilidade de existir essa máquina. T1 177 C 450K T2 227 C 500K Não é possível 450 1 500 1 0,9 0,1 ou 10%
  8. 8. 193 Questão(UnB-DF) No diagrama a seguir, a energia interna dosistema em joules é dada por U= 10 + 2 pV, em que p é apressão em Pa, e V, o volume em m3 . Calcule , emjoules, a quantidade de calor envolvida no processo AC.
  9. 9. 193 Resposta Ponto A Ponto CU 10 2 2 500 0,01 U 10 2 2 500 0,03U 10 10 U 10 12U 20 J U 22 J U 2J U Q WW Área 2 Q 7 500 200 0,02W Q 9J 2W 700 0,01W 7J
  10. 10. 194 QuestãoA figura representa o gráfico p x V de um gás, supostoideal, que sofre primeiramente um processoisobásrico, partindo do ponto A para o ponto B, e depoisum processo isovolumétrico, atingindo o ponto C, que sesitua sobre a mesma isoterma que A.
  11. 11. 194 QuestãoCalcule:a) O trabalho realizado pelo gás ao final do processo ABC.b) O calor recebido pelo gás ao final do processo ABC.
  12. 12. 194 Respostaa) O trabalho realizado pelo gás ao final do processo ABC. W p V 5 W 4 10 2 5 W 8 10 J
  13. 13. 194 Respostab) O calor recebido pelo gás ao final do processo ABC. Q W 5 Q 8 10 J
  14. 14. 195 Questão(UFJF-MG) Um recipiente de volume 0,0205 m2 contémuma massa de 0,640 Kg de oxigênio sob pressão de 8,00x 105 N/m2. O volume do sistema é dobrado através deum processo termodinâmico isotérmico, como mostra ográfico da figura
  15. 15. 195 Questãoa) Sabendo-se que oxigênio se comporta como um gás ideal de massa molar M=32 g/mol, calcule a temperatura T do sistema (dado: R=8,2 J/mol . K).b) Calcule o valor aproximado do trabalho realizado Q pelo sistema entre os pontos A e B, supondo que a isoterma é uma linha reta nessa região.c) Indique o valor aproximado do calor AAAAA Q absorvido pelo sistema no processo de expansão isotérmica de A para B, justificando sua resposta.
  16. 16. 195 Respostaa) Sabendo-se que oxigênio se comporta como um gás ideal de massa molar M=32 g/mol, calcule a temperatura T do sistema (dado: R=8,2 J/mol . K). m 640 20 mol M 32 Pv n RT 8 10 5 0,0205 20 8,2 T 16400 T 100K 164
  17. 17. 195 Respostab) Calcule o valor aproximado do trabalho realizado pelo sistema entre os pontos A e B, supondo que a isoterma é uma linha reta nessa região. W ÁREA 5 5 2 8 10 4 10 2,05 10 W 2 3 W 12,3 10 J
  18. 18. 195 Resposta Qc) Indique o valor aproximado do calor AAAAA absorvido pelo sistema no processo de expansão isotérmica de A para B, justificando sua resposta. 3 Q 12 ,3 10 J
  19. 19. 196 Questão(ITA-SP) Uma certa quantidade de gás expande-seadiabaticamente e quase estaticamente desde umapressão inicial de 2,0 atm e volume de 2,0  AAtemperatura de 21°C até atingir o dobro de seu volume. Cp 2,0Sabendo-se que para esse gás AAAAAAAAAA , calcule a Cvpressão final e temperatura final expressa em grauscelsius.
  20. 20. 196 RespostaPV cons tan te PV 1 cons tan tePi Vi Pf V f Ti Vi 1 TfVf 1 2 22 2 Pf 4 294 2 1 Tf 48 Pf 16 Tf 147 KPf 0,5 atm Tf 126 C
  21. 21. 197 Questão(Ufla-MG) Um gás sofre uma série de transformaçõescom estado inicial A e o estado final B, como mostra afigura. A energia interna do estado A é UA = 1.000 J e ado estado B é UB = 2.000J.
  22. 22. 197 QuestãoCalcule para cada uma das transformações indicadas:a) A variação da energia interna;b) O trabalho realizado ( diga também se foi feito pelo gás ou sobre o gás);c) A quantidade de calor trocado.
  23. 23. 197 Respostaa) A variação da energia interna; v 2000 1000 v 1000 J
  24. 24. 197 Respostab) O trabalho realizado ( diga também se foi feito pelo gás ou sobre o gás); I II III 200 100 0,1W 200 0,1 W W 100 0,1 2W 20 J W 15 J W 10 J
  25. 25. 197 Respostac) A quantidade de calor trocado. I II III v Q W 1000 Q 15 1000 Q 101000 Q 20 Q 1015 J Q 1010 JQ 1020 J
  26. 26. 198 Questão(UFC-CE) Um gás ideal sobre as transformaçõesmostradas no diagrama.Determine o trabalho total realizado durante os quatroprocessos termodinâmicos AB, BC, CD e DA.
  27. 27. 198 RespostaW ÁREAW ( p2 p1 ) (5Vo Vo )W ( p2 p1 ) 4Vo
  28. 28. 199 Questão(UFPE) Um gás ideal absorve 64 J de calor ao se expandirisotermicamente , de um volume inicial de 20cm3, a6,0 x 105 N/m2 até um volume final de 70 cm3, a 2,0 x105 N/m2 ( trecho AB do diagrama). Qual é o trabalho total, em joules, produzindo pelo gás durante o ciclo ABCA?
  29. 29. 199 Resposta v 0W QW 64 J
  30. 30. 200 Questão(UFG-GO) Um gás sofre a transformação cíclica ABCAindicada no Gráfico.
  31. 31. 200 QuestãoDetermine:a) A variação de energia interna;b) O trabalho realizado pelo gás;c) A quantidade de calor trocada em cada ciclo.
  32. 32. 200 Respostaa) A variação de energia interna; v 0
  33. 33. 200 Respostab) O trabalho realizado pelo gás; W ÁREA 0,4 400 W 2 W 80 J
  34. 34. 200 Respostac) A quantidade de calor trocada em cada ciclo Q W Q 80 J
  35. 35. 201 Questão(UFPE) A variação da pressão e do volume de vapor d´água a cada ciclo de operação de uma máquina a vaporpode ser aproximadamente pelo gráfico abaixo. Calcule o trabalho total em unidades 106 joules efetuado por essa máquina ao longo de 50 ciclos de operação.
  36. 36. 201 Resposta 4 1A1 4 1,5 A2 2 2A1 6W 6 4W 2 105 J 5Wtotal 50 2 10Wtotal 10 106 J
  37. 37. 202 Questão(Esal-MG) 0,32 mol de um gás diatômico ideal ésubmetido ao ciclo termodinâmico mostrado nográfico, sendo T3 = 300,84K.
  38. 38. 202 Questão(Dados: R = 0,81 J/ mol . K ; Cv = 20,775 J/mol . K)a) Calcular T 1, T2, P3.b) Calcular o trabalho líquido envolvido no ciclo.c) Calcular a quantidade de calor envolvida no processo 3 1.
  39. 39. 202 Respostaa) Calcular T 1, T2, P3. Pv n R T 3 P3 8 10 0,32 8,31 300,84 3 P3 100 10 5 2 P3 10 N/m
  40. 40. 202 Respostaa) Calcular T 1, T2, P3. 5 5 P2 P3 8 10 1 10 T2 T3 T2 300,84T2 2406,7 K
  41. 41. 202 Respostaa) Calcular T 1, T2, P3. 3 3V1 V2 2 10 8 10T1 T2 T1 2406,7T1 601,7 K
  42. 42. 202 Respostab) Calcular o trabalho líquido envolvido no ciclo. W ÁREA 3 5 6 10 7 10 W 2 W 2100 J
  43. 43. 202 Respostac) Calcular a quantidade de calor envolvida no processo 3 1. 5 v n R T ( gás diatômico) 2 5 v 0,32 8,31 300 2 v 2000 J
  44. 44. 202 Respostac) Calcular a quantidade de calor envolvida no processo 3 1. W ÁREA 5 3 (8 1)10 6 10 W 2 W 2700 J
  45. 45. 202 Respostac) Calcular a quantidade de calor envolvida no processo 3 1. v Q W 2000 Q ( 2700) Q 2000 2700 Q 700 J
  46. 46. 203 Questão(UFMG) A figura mostra o diagrama pressão P versusvolume V, que representa as transformações sofridas porum gás ideal dentro de uma câmara. A sequência detransformações sofridas é KLMN e está indicada pelassetas. As transformações de K para L e de M para N serealizam sem variação da temperatura.
  47. 47. 203 Questão(UFMG) A figura mostra o diagrama pressão P versusvolume V, que representa as transformações sofridas porum gás ideal dentro de uma câmara. A sequência detransformações sofridas por um gás ideal dentro de umacâmara. A sequência de transformações sofridas é KLMNe está indicada pelas setas. As transformações de K paraL e de M para N se realizam sem variação datemperatura.
  48. 48. 203 Questão
  49. 49. 203 Questãoa) Indique, explicando seu raciocínio, o(s) trecho(s) emque:I. O gás realiza trabalho positivo;II. O gás absorve calor.b) Responda e justifique sua resposta:I. A temperatura no ponto N é maior , menor ou igual à temperatura no ponto L?II. A sequência de transformações KLMNK corresponde ao ciclo de funcionamento de um motor ou de um refrigerador?
  50. 50. 203 Respostaa) Indique, explicando seu raciocínio, o(s) trecho(s) emque:I. O gás realiza trabalho positivo;II. O gás absorve calor. I. K L - Expande II. K L - A expansão isotérmica L M - Aumenta energia interna
  51. 51. 203 Respostab) Responda e justifique sua resposta:I. A temperatura no ponto N é maior , menor ou igual à temperatura no ponto L?II. A sequência de transformações KLMNK corresponde ao ciclo de funcionamento de um motor ou de um refrigerador? I. N é maior II. O sentido anti-horário: converte trabalho em calor então é refrigerador.
  52. 52. 204 QuestãoUm refrigerador ideal, o dissipador de calor (serpentinatraseira) transferiu 5,0 . 105 J de energia térmica para omeio ambiente, enquanto o compressor produziu 1,0 .105 J de trabalho sobre o fluido refrigerante.
  53. 53. 204 QuestãoCalcule:a) A quantidade de calor retirada da câmara interna;b) A temperatura da câmara interna, supondo que a temperatura ambiente fosse 30°C.
  54. 54. 204 Respostaa) A quantidade de calor retirada da câmara interna; Q1 Q2 W 5 5 5 10 Q2 1 10 5 Q2 4 10 J
  55. 55. 204 Respostab) A temperatura da câmara interna, supondo que a temperatura ambiente fosse 30°C.T1 30 C 303K 303T2 ? T2 1,25 W T1 T2 242,4 K 1 Q2 T2 T2 30,6 C 1 105 303 5 1 4 10 T2 303 0,25 1 T2
  56. 56. 205 Questão(Ulfa-MG) O diagrama p x V abaixo mostra o ciclo derefrigeração percorrido por certa quantidade de um gásdiatômico ideal. A transformação BC é isotérmica , naqual o trabalho envolvido, em módulo, é 1100J. Ocalor, em módulo, envolvido na transformação AB éQAB = 2.800 J e a temperatura no ponto A é TA = 300K.
  57. 57. 205 QuestãoCalcule:a) Temperatura TB e pressão PC.b) Trabalho líquido envolvido no ciclo ABC.c) Variação de energia interna na transformação AB.
  58. 58. 205 Respostaa) Temperatura TB e pressão PC. PAVA P0VB TA TB 8 3 5 32 10 4 10 2 10 8 10 300 TB 2400TB 600K 4
  59. 59. 205 Respostaa) Temperatura TB e pressão PC. Pc PAPAVA P0VB Tc TA TA TB 8 3 Pc 2 105 3 52 10 4 10 2 10 8 10 600 300 300 TB Pc 4 105 N/m2 2400TB 600K 4
  60. 60. 205 Respostab) Trabalho líquido envolvido no ciclo ABC. A B B C 3 W 4 10 2 105 W 1100J W 8 102 W 800 J WTOTAL 1100 800 WTOTAL 300 J
  61. 61. 205 Respostac) Variação de energia interna na transformação AB. v Q W v 2800 800 v 2000 J
  62. 62. 206 Questão(Ulfa-MG) Uma empresa propõe construir um motortérmico projetado para operar entre dois reservatóriosde calor, sendo o quente a temperatura T1 = 1.600K e ofrio a T2 = 400K. O projeto prevê para o motor umapotência de 4cv com absorção de 1.480 cal/s doreservatório quente ( dados: 1 cv = 740W ; 1 cal = 4 J).a) Calcule o rendimento do referido motor.b) Calcule o rendimento de um motor de Carnot operando entre os mesmos reservatórios de calor.c) O motor proposto é viável teoricamente? Justifique sua resposta.
  63. 63. 206 Respostaa) Calcule o rendimento do referido motor. P 4cv P 2960 W W 2960 J/s Q1 5920 J/s 2960 5920 0,5 ou 50%
  64. 64. 206 Respostab) Calcule o rendimento de um motor de Carnot operando entre os mesmos reservatórios de calor. T1 1 T2 400 1 1600 1 0,25 0,75 ou 75%
  65. 65. 206 Respostac) O motor proposto é viável teoricamente? Justifique sua resposta. Sim.
  66. 66. 207 Questão(Unicamp-SP) Com a instalação do gasoduto Brasil –Bolívia, a quota de participação do gás natural nageração de energia elétrica no Brasil foisignificativamente ampliada. Ao se queimar 1,0 Kg degás natural obtêm-se 5,0 x 107 J de calor, parte do qualpode ser convertido em trabalho em uma usinatermoelétrica. Considere usina queimando 7.200quilogramas de gás natural por hora, a uma temperaturade 1.227°C . O calor não aproveitado na produção detrabalho é cedido para um rio de vazão5.000 / s aaaaaaaaa, cujas as águas estão inicialmente a 27°C.
  67. 67. 207 QuestãoA maior eficiência teórica da conversão de calor em Tmíntrabalho é dado por 1 sendo Tmín e Tmax aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa as Tm axtemperaturas absolutas das fontes quente efria, respectivamente, ambas expressas em kelvin.Considere o calor específico da água c = 4.000J/Kg .°C e adensidade d = 1,0Kg/ .
  68. 68. 207 Questãoa) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica.b) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina.
  69. 69. 207 Respostaa) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da máxima teórica. T1 1 T2 300 1 0,4 ou 40% 1500 1 0,2 0,8 ou 80%
  70. 70. 207 Resposta1 Kg 5 107 J7200 Kg QQ 36 1010 em 1 hQ 10 8 J Wútil Q Wútil0,4 8 Wútil 4 107 J 10P 4 107W
  71. 71. 207 Respostab) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina. 7 7 Q 10 10 4 10 7 Q 6 10 J Q mc T 7 6 10 5000 4000 T 7 6 10 T 7 3C 2 10

×