Uma máquina térmica recebe 1000 joules de energia na forma de calor e realiza um trabalho de 200J

cada vez mais adap- táveis a altas pressões de vapor. Era mais car- vão para produzir metais, eram mais metais para explorar carvão. Este imponente proces- so de desenvolvimento parecia trazer em si uma fatalidade definitiva, como se, uma vez posta a caminho, a tecnologia gerasse por si mesma tecnologias mais sofisticadas e as má- quinas gerassem por si mesmas máquinas mais potentes. Uma embriaguez, um sonho louco, do qual só há dez anos começamos a despertar. 6 “Mais carvão se consome, mais há à dis- posição”. Sob esta aparência inebriante ocul- tava-se o processo de decréscimo da produti- vidade energética do carvão: a extração de uma tonelada de carvão no século XIX, requeria, em média, mais energia do que havia requeri- do uma tonelada de carvão extraída no século XVIII, e esta requerera mais energia do que uma tonelada de carvão extraída no século XVII. Era como se a energia que se podia ob- ter da queima de uma tonelada de carvão fos- se continuamente diminuindo. 7 Começava a revelar-se uma nova lei his- tórica, a lei da produtividade decrescente dos recursos não-renováveis; mas os homens ain- da não estavam aptos a reconhecê-la. CONTI, Laura. Questo pianeta . Cap.10. Roma: Editori Riuniti, 1983. Traduzido e adaptado por Ayde e Veiga Lopes. Exercícios 01. Uma bexiga vazia tem volume desprezível; cheia, o seu volume pode atingir 4,0 × 10–3 m3. O trabalho realizado pelo ar para encher essa bexiga, à temperatura ambiente, realizado con- tra a pressão atmosférica, num lugar onde o seu valor é constante e vale 1,0 × 105Pa, é no mínimo de: a) 4 J. b) 40 J. c) 400 J. d) 4000 J. e) 40000 J. 02. A primeira lei da termodinâmica diz res- peito à: a) dilatação térmica. b) conservação da massa. c) conservação da quantidade de movi- mento. d) conservação da energia. e) irreversibilidade do tempo. 28 Termodinâmica 03. A Primeira Lei da Termodinâmica estabe- lece que o aumento ∆U da energia interna de um sistema é dado por ∆U = ∆Q – ∆W, onde ∆Q é o calor recebido pelo sistema, e ∆W é o trabalho que esse sistema realiza. Se um gás real sofre uma compressão adiabática, então, a) ∆Q = ∆U. b) ∆Q = ∆W. c) ∆W = 0. d) ∆Q = 0. e) ∆U = 0. 04. Um corpo recebe 40 Joules de calor de um outro corpo e rejeita 10 Joules para um ambi- ente. Simultaneamente, o corpo realiza um tra- balho de 200 Joules. Estabeleça, baseado na primeira lei da termodinâmica, o que aconte- ce com a temperatura do corpo em estudo. 05. É dado um sistema S ideal constituído por: I. um cilindro; II. um pistão; e III. uma massa invariável de gás, aprisio- nado pelo pistão no cilindro. Admita positiva toda energia fornecida a S e negativa a que é fornecida por S. Conside- re Q e T, respectivamente, calor e trabalho tro- cados por S. Nessas condições, é correto que, para S, qualquer que seja a transformação a) isométrica, Q e T são nulos. b) a soma T+ Q é igual a zero. c) adiabática Q = 0 e T pode ser nulo. d) isobárica, T+ Q = 0. e) isotérmica, Q = 0 e T pode ser nulo. 06. Transfere-se calor a um sistema, num to- tal de 200 calorias. Verifica-se que o sistema se expande, realizando um trabalho de 150 joules, e que sua energia interna aumenta. a) Considerando 1 cal = 4 J calcule a quan- tidade de energia transferida ao siste- ma, em joules. b) Utilizando a primeira lei da termodinâmica, calcule a variação de energia interna desse sistema. 07. No filme “Kenoma”, uma das personagens, Lineu, é um artesão que sonha construir um motor que não precise de energia para funcio- nar. Se esse projeto tivesse sucesso, estaria necessariamente violada a: a) Primeira Lei de Newton. b) Lei da Conservação da Energia. c) Lei da Conservação da Quantidade de Movimento. d) Primeira Lei de Kirchhoff. e) Lei de Snell-Descartes. 08. Em um quarto totalmente fechado, há uma geladeira que pode ser ligada à energia elétri- ca. Com o objetivo de resfriar o quarto, um garoto, que nele se encontra, liga a geladeira, mantendo-a de porta aberta. Você acha que esse objetivo será alcançado? Explique. 09. Uma determinada máquina térmica deve operar em ciclo entre as temperaturas de 27°C e 227°C. Em cada ciclo, ela recebe 1000 cal da fonte quente. O máximo de trabalho que a máquina pode fornecer por ciclo ao exterior, em calorias, vale: a) 1000. d) 400. b) 600. e) 200. c) 500. 10. Qual o papel do carburador nos carros con- vencionais? 11. O que é entropia? 12. Os automóveis atuais começam a ser fei- tos de outros materiais que não metais. Nos motores destes veículos, a presença de materiais cerâmicos e plásticos industriais é cada vez mais comum. Que vantagem estes novos ma- teriais apresentam em relação aos materiais tradicionais? 13. A turbina de um avião tem rendimento de 80% do rendimento de uma máquina ideal de Carnot operando às mesmas temperaturas. Em vôo de cruzeiro, a turbina retira calor da fonte quente na temperatura de 127°C e ejeta gases para a atmosfera, que está a –33°C. O rendimento dessa turbina é de: a) 80 %. d) 40 %. b) 64 %. e) 32 %. c) 50 %. 14. Uma máquina térmica de Carnot é opera- da entre duas fontes de calor nas temperaturas de 400K e 300K. Se, em cada ciclo, o motor recebe 1200 calorias da fonte quente, o calor rejeitado por ciclo à fonte fria, em calorias, vale a) 300. b) 450. c) 600. d) 750. e) 900. Termodinâmica 29 15. Com a instalação do gasoduto Brasil-Bo- lívia, a quota de participação do gás natural na geração de energia elétrica no Brasil será signi- ficativamente ampliada. Ao se queimar 1,0 kg de gás natural obtém-se 5,0 × 107 J de calor, parte do qual pode ser convertido em trabalho em uma usina termoelétrica. Considere uma usina queimando 7200 quilogramas de gás natural por hora, a uma temperatura de 1227°C. O calor não aproveitado na produção de tra- balho é cedido para um rio de vazão 5000 li- tros/s, cujas águas estão inicialmente a 27°C. A maior eficiência teórica da conversão de calor em trabalho é dada por n = 1 – (Tmin/Tmáx), sendo T(min) e T(max) as temperaturas abso- lutas das fontes quente e fria, respectivamen- te, ambas expressas em kelvin. Considere o calor específico da água: c = 4000 J/kg°C. a) Determine a potência gerada por uma usina cuja eficiência é metade da má- xima teórica. b) Determine o aumento de temperatura da água do rio ao passar pela usina. 16. Embora a tendência geral em Ciência e Tecnologia seja a de adotar, exclusivamente, o Sistema Internacional de Unidades (SI), em algumas áreas existem pessoas que, por ques- tão de costume, ainda utilizam outras unida- des. Na área da Tecnologia do Vácuo, por exemplo, alguns pesquisadores ainda costu- mam fornecer a pressão em milímetros de mercúrio. Se alguém lhe disser que a pressão no interior de um sistema é de 10x10– 4 mmHg, essa grandeza deveria ser expressa em unida- des SI como: a) 1,32x10–2 Pa. b) 1,32x10–7 atm. c) 1,32x10–4 mbar. d) 132 kPa. e) outra resposta diferente das mencionadas. 17. Um folheto explicativo sobre uma máqui- na térmica afirma que ela, ao receber 1000 cal de uma fonte quente, realiza 4186 J de traba- lho. Sabendo que 1 cal equivale a 4,186 J e com base nos dados fornecidos pelo folheto, você pode afirmar que esta máquina: a) viola a 1.ª Lei da Termodinâmica. b) possui um rendimento nulo. c) possui um rendimento de 10%. d) viola a 2.ª Lei da Termodinâmica. e) funciona de acordo com o ciclo de Carnot. 18. Quais são os quatro tempos de um motor à combustão interna convencional? 19. Quando uma máquina recebe calor e trans- forma parte deste calor em trabalho útil, dize- mos que essa máquina é um motor ou refrige- rador? 20. Se uma máquina térmica recebe da fonte quente 100 J de calor, realiza um trabalho de 80 J e rejeita para a fonte fria 30 J, qual lei termodinâmica está sendo desrespeitada? 21. Se uma máquina térmica recebe da fonte quente 200 J de calor e realiza um trabalho de 200 J, qual lei da termodinâmica está sendo desrespeitada? 22. Uma máquina recebe da fonte quente 1000 J por ciclo. Se em cada ciclo o trabalho realiza- do é de 200 J, qual a quantidade de calor que deve ser rejeitada