Lista de Exercícios sobre Princípios da Termodinâmica - Brasil Escola
Estes exercícios testarão seus conhecimentos sobre as duas leis da Termodinâmica que envolvem conservação de energia e funcionamento das máquinas térmicas. Publicado por: Joab Silas da Silva Júnior
Um gás ideal sofre uma transformação: absorve 150 cal de energia na forma de calor e expande-se, realizando um trabalho de 300 J. Considerando 1 cal = 4,2 J, a variação da energia interna do gás (ΔU) é, em J:
(UFMG) Como consequência da compressão adiabática sofrida por um gás, pode-se afirmar que:
a) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura diminui.
b) a densidade do gás e sua temperatura diminuem.
c) a densidade do gás aumenta, e sua temperatura permanece constante.
d) a densidade do gás e sua temperatura aumentam.
e) a densidade do gás e sua temperatura permanecem constantes.
Se convertermos a energia recebida pela máquina a cada ciclo para a unidade joule, perceberemos que toda a energia fornecida à máquina foi transformada em trabalho:
250 cal x 4,18 = 1045 J
Logo, podemos concluir que essa máquina não contraria a primeira lei da Termodinâmica, que trata da conservação da energia e que prevê, em uma transformação isotérmica, a transformação integral de calor em trabalho. Todavia, essa máquina contraria a segunda lei da Termodinâmica, que nos diz que nenhuma máquina térmica operando em ciclos pode transformar integralmente a energia recebida em trabalho.
A definição de rendimento (R) diz que essa grandeza é fruto da razão entre a energia utilizada e a energia total disponível. Sendo assim, temos que o rendimento do motor a diesel é a razão do trabalho (τ) executado em cada ciclo pela quantidade total de energia fornecida pela fonte quente (Q1):
R = τ ÷ Q1
Sabendo que R = 0,4 e que τ = 2000 J, temos:
0,4 = 2000 ÷ Q1
Q1 = 2000 ÷ 0,4
Q1 = 5000 J
Como cada caloria equivale a 4J, basta dividir o valor final por 4 para obter a resposta em calorias.
Q1 = 5000 ÷ 4 = 1250 cal.
O calor fornecido pela fonte quente (Q1) é igual à soma do trabalho (τ) realizado pela máquina com o calor perdido para a fonte fria (Q2):
5000 J = 2000 J + Q2
Q2 = 5000 – 2000 = 3000 J
Q2 = 3000 ÷ 4 = 750 cal.
Sabendo que 150 cal correspondem a 630 cal (150 x 4,2 = 630), ao aplicar a primeira lei da Termodinâmica, teremos:
630 = 300 + ΔU
ΔU = 630 – 300
ΔU = 330 J
A relação entre densidade e volume é inversamente proporcional, logo, em uma compressão, o volume diminui e a densidade aumenta.
A partir da primeira lei da Termodinâmica e sabendo que a transformação gasosa é adiabática (não há troca de calor), temos:
ΔU = - τ
A compressão de um gás é um trabalho negativo. Sendo assim, a temperatura do gás é aumentada, já que ΔU é positivo.