Questões de 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas (Física)

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Uma máquina térmica tem por finalidade transformar calor em trabalho, e para isso opera em ciclo, isto é, o processo é repetitivo, de modo que o ciclo se completa no mesmo estado térmico em que teve início.
O ciclo considerado ideal ou de maior rendimento teoricamente possível é o Ciclo de Carnot, representado na Figura num gráfico Pressão versus Volume, sendo Q o calor trocado e T a temperatura.

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Disponível em https://blog.stoodi.com.br/blog/quimica/ciclo-de-carnot/. Acesso em 06/05/2025. Adaptado.

No trecho AB ocorre uma transformação __________, enquanto no trecho BC ocorre uma transformação__________.

Em sequência, as palavras que completam corretamente essas lacunas são:

  • A isobárica, isotérmica.
  • B isobárica, adiabática.
  • C adiabática, isotérmica.
  • D isotérmica, isobárica.
  • E isotérmica, adiabática.

A potência emitida por um corpo através da radiação eletromagnética depende da área A da superfície do corpo, da temperatura T e da constante de Stefan-Boltzmann σ. Considere que a potência irradiada por um metro quadrado da superfície do Sol é de 6,4 × 107 J.s–1.m–2 e que o Sol é uma esfera com raio de 7 × 108 m. Nessas condições, a potência total irradiada na superfície do Sol, em Watts, será da ordem de grandeza de
Adote: π = 3

  • A 1026
  • B 1017
  • C 1035
  • D 1018
  • E 1025

Considere uma máquina térmica ideal operando entre dois reservatórios de temperatura: um reservatório quente a 600 K e um reservatório frio a 300 K. De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, assinale a alternativa CORRETA sobre o funcionamento dessa máquina:

  • A É possível construir uma máquina térmica que converta 100% do calor absorvido em trabalho útil.
  • B O rendimento da máquina térmica é independente das temperaturas dos reservatórios.
  • C A máquina térmica pode ter um rendimento superior a 50% se for construída com materiais ideais.
  • D O rendimento de uma máquina térmica é sempre o mesmo, independentemente das temperaturas dos reservatórios.
  • E O rendimento máximo que essa máquina térmica pode atingir é 50%.

As máquinas à vapor começaram a ser utilizadas no século XVII e até hoje os princípios de sua utilização continuam atuais. Seu funcionamento se baseia na queima de um combustível em uma fornalha para aquecer a água de uma caldeira. Ao entrar em ebulição a água origina vapor que, em alta pressão é conduzido a um cilindro contendo um pistão, que faz girar uma roda. Após passar pelo cilindro, o vapor é resfriado no condensador e retorna à caldeira para iniciar um novo ciclo. A ilustração a seguir representa o funcionamento de uma máquina térmica a vapor.



Imagem relacionada à questão do Questões Estratégicas


(https://www.coladaweb.com/fisica/mecanica/maquina-a-vapor/Adaptado)


Nesse ciclo de máquina térmica, transformação de energia e mudança de estado físico são observados, respectivamente,  em

  • A 1 e 7.
  • B 2 e 6. 
  • C 3 e 4. 
  • D 5 e 7. 
  • E 3 e 6.

Em uma aula de termodinâmica, o professor aborda o funcionamento das máquinas térmicas, dispositivos que convertem calor em trabalho mecânico por meio de ciclos termodinâmicos. Uma usina termelétrica opera com uma máquina térmica ideal que realiza o ciclo de Carnot, trocando calor entre uma fonte quente a Tq = 600 K e uma fonte fria a Tf = 300 K. Sobre o rendimento e o funcionamento da máquina térmica, assinale a afirmativa correta.

  • A O rendimento da máquina térmica é 100% se a temperatura da fonte fria for zero Kelvin, pois, nesse caso, todo o calor é convertido em trabalho.
  • B O ciclo de Carnot é o ciclo mais eficiente possível para uma máquina térmica que opera entre duas temperaturas fixas, e o rendimento máximo é η = 1 − Tf/Tq.
  • C O rendimento máximo da máquina térmica depende apenas da diferença entre as temperaturas da fonte quente e da fonte fria, sendo dado pela razão Tq − Tf .
  • D O rendimento da máquina térmica é de 50%, pois a relação entre as temperaturas da fonte quente e fria determina que a metade do calor recebido é convertida em trabalho.