Professor: Ramon Neiva

Transcrição

1 MÓDULO DE EXTS FÍSI TERMODINÂMI Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva TERMODINÂMI É a parte da física que estuda as transformações e as relações existentes entre dois tipos de energia: energia mecânica e energia térmica. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Trabalho Termodinâmico Um contido em recipiente cilíndrico dotado de êm- bolo móvel, ao se dilatar isobaricamente (sob pressão constante), aplica a força constante F sobre o êmbolo, des- locando-se de x, de tal modo que a pressão no interior do recipiente permanece constante. F d P V P d P ( V V ) Na expansão, > e o fornece energia na forma de trabalho: o realiza trabalho sobre o meio. Na compressão, < e o recebe energia na forma de trabalho: o meio realiza trabalho sobre o. ª Lei da Termodinâmica Princípio da onservação da Energia Para todo sistema termodinâmico, existe uma função característica, denominada energia interna. variação dessa energia interna () entre dois estados quaisquer pode ser determinada pela diferença entre a quantidade de calor () e o trabalho ( ) ) trocados com o meio externo. Transformações Gasosas ª ) U > (recebe calor) ª ) < (cede calor) (não ocorrem trocas de calor com o meio) ( ) Transformação diabática ( - ) Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física > (volume aumenta) < (volume diminui) (volume constante) ( ) Transformação Isométrica ou Isocórica ( ) 3 ª ) > (temperatura aumenta) < (temperatura diminui) (temperatura constante) () Transformação Isotérmica ( ) Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Obs: energia interna é função exclusiva da temperatura do. Diagramas Termodinâmicos Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Transformação íclica TOTL Triângulo Gráfico da Pressão x Volume área da figura formada com o eixo dos volumes é numericamente igual ao módulo do trabalho que esse sistema troca com o meio externo ao executar essa transfor- mação. Retângulo h Um sistema gasoso sofre uma transformação cíclica (ou fechada) quando o estado final dessa transformação coincide com o estado inicial. Num diagrama pressão x volume, essa transformação cíclica é representada por uma curva fechada, e o módulo do trabalho total trocado com o meio externo é determinado pela área interna a curva fechada representativa do ciclo. + U Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física ª lei da Termodinâmica - O calor passa espontaneamente dos corpos de maior temperatura para os de menor temperatura. É impossível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica recebida de uma fonte quente. iclo de arnot º Postulado de arnot Nenhuma máquina operando entre duas temperaturas fi- xadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de arnot, operando entre essas mesmas temperaturas. η h ( + b ) Trapézio + + h e (eficiência) (rendimento) Página de 5 Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva

2 MÓDULO DE EXTS FÍSI TERMODINÂMI Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva º Postulado de arnot Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva o operar entre duas temperaturas, a máquina ideal de arnot tem o mesmo rendimento, qualquer que seja o flui- do operante. iclo teórico que permite o maior rendimento ( n ) uma máquina térmica entre duas fontes. e D (Transformações Isotérmicas) e D (Transformações diabáticas) n máx T T. onsidere um encerrado em um cilindro, como representado na figura. Um êmbolo movimenta-se no interior do cilindro quando o se comprime ou se expande. nalise as afirmações seguintes e assinale a alternativa correta sobre o comportamento desse. o sofrer uma () expansão adiabática o cede calor à vizinhança. () compressão isotérmica o varia sua energia interna. () expansão isotérmica o cede calor à vizinhança. (D) compressão adiabática a energia interna do au- menta. (E) transformação isotérmica, expandindo-se ou compri- mindo-se, o não realiza trabalho.. (UES-5) termodinâmica estuda as relações entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados em um processo físico, envolvendo um sistema de corpo e o meio exterior. om base nos conhecimentos sobre a ª lei da termodinâmica e a energia cinética do perfeito, é correto afirmar: ( ) primeira lei da termodinâmica confirma o princípio geral da conservação da energia. ( ) variação da energia interna entre dois estados quaisquer é determinada pela diferença entre a quantidade de calor e o trabalho trocados com o meio externo. ( ) energia cinética média das partículas de um perfeito é proporcional à quarta potência da sua temperatu- ra absoluta. ( ) energia interna de uma amostra de um perfeito é inversamente proporcional à sua temperatura absoluta. seqüência correta, de cima para baixo, é: ) V V F F 4) F V V F ) V F V F 5) F F V V 3) V F F V e Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física T T máx de Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva 3. (UNE-3) primeira máquina de fazer gelo, inventada em 834, usava os mesmos princípios dos refrigemodernos. Um fluido comprimido éter inicialmen- radores te, mais tarde amônia e freon evaporava para produzir o resfriamento e depois era condensado novamente com auxílio de um compressor. Hoje, é comum manter comida congelada em Freezeres. Durante o ciclo de funcionamento de um refrigerador, quando o fluido refrigerante é comprimido adiabaticamente, o trabalho realizado pelo compressor, em módulo, é equivalente, Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva ) à redução da temperatura ocorrida no interior do condo fluido refrigerante. 3) à quantidade de calor absorvida pelo fluido refrigeran- gelador. ) à variação da energia interna te. 4) à quantidade de calor rejeitada para o meio externo. 5) ao calor latente de condensação do fluido refrigerante. 4. (UEFS-3.) Sabe-se que, em um ideal, a energia interna depende apenas da temperatura. Por isso, de a- cordo com a primeira lei da termodinâmica, numa expan- são isotérmica de um ideal. () o volume do permanece constante. () a energia interna do aumenta. () o meio externo não troca calor com o. (D) o trabalho realizado pelo é nulo. (E) o calor absorvido pelo é usado na realização de trabalho. 5. (UEFS-3.) Identifique com V as afirmativas verdadeiras e com F, as falsas. Em relação a um ideal, po- de-se afirmar: ( ) Numa transformação isométrica, a quantidade de calor recebida pelo aumenta a sua energia interna. ( ) energia interna é função exclusiva da temperatura do. ( ) Sempre que um ideal recebe calor, sua tempera- tura aumenta. ssinale a alternativa que apresenta a seqüência correta, de cima para baixo, de acordo com o seguinte código: () V V F () V F V () V F F (D) F V V (E) F F V 6. (UES-7) O gráfico representa a expansão de um perfeito à temperatura constante. om base nessas informações, é correto afirmar: ) curva do gráfico é uma isocórica. ) O processo representado é adiabático. 3) temperatura diminui quando o volume aumenta. 4) O sistema recebe calor, e a energia interna diminui. 5) área representada no gráfico corresponde ao trabalho realizado pelo sobre o agente externo, ao se ex- pandir. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Página de 5 Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva

3 MÓDULO DE EXTS FÍSI TERMODINÂMI Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva 7. (UEFS-.) Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva pressão volume o absorver calor, um ideal passa do estado para o estado conforme o diagrama pressão x volume representado acima. onsiderando essas informações pode-se afirmar que nessa transformação, houve () redução do volume do. () redução da temperatura do. () aumento da energia interna do. (D) conversão de calor em trabalho. (E) realização de trabalho do meio externo sobre o 8. Um sistema composto por n mols de um ideal sofre a transformação mostrada no gráfico. P P P V presentamos a seguir três proposições. ssinale a alter- nativa correta. I. O trabalho envolvido na transformação é positivo. II. Durante a transformação o sistema cedeu calor para o meio. III. energia interna do na condição é menor do que a energia interna do na condição. () penas a proposição II é verdadeira. () penas a proposição III é verdadeira. () penas as proposições I e II são verdadeiras. (D) penas as proposições II e III são verdadeiras. (E) s proposições I, II e III são verdadeiras. 9. Na transformação isobárica, indicada no gráfico, o recebeu do ambiente J de energia. p(n/m ) 3, O trabalho realizado pelo e a variação de sua energia interna nessa transformação foram, em joules, respectiva- mente, de: () 3 e 5 (D) e 5 () 6 e 9 (E) 5 e zero () 9 e 3. transformação de um certo ideal, que recebeu do meio exterior 75 calorias, está representado no gráfico ao lado. (Dado: cal4,j) Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física 5, T T v(m 3 ) Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva P (N/m ) Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva respeito dessa evolução, assinale a afirmativa incorreta: () transformação foi isobárica. () O trabalho realizado pelo é igual a J. () energia interna do aumentou 45 cal. (D) Se a temperatura do, no estado era de 7 o, no estado será de 67 o. (E) Durante a transformação, a velocidade média das moléculas do permaneceu constante.. (UEFS-99.) Um mol de um ideal sofre a transformação, representado no diagrama PV acima. O recebe kcal do meio exterior. Sabendo-se que cal4,j, a variação da energia interna sofrida pelo, nessa transformação, é de: (),KJ (),8KJ () 3,3KJ 3.. (UEFS-6.),,6 P( 5 N/m ) (D) 4,5KJ (E) 4,8KJ O diagrama pv da figura refere-se a um ideal que passa por uma transformação cíclica através de um sistema pistão-cilindro. Sendo assim, pode-se afirmar que o calor recebido pelo no ciclo clo DE, em - J, é igual a: () 3 (D) 6 () 4 (E) 7 () Um mol de um ideal realiza o processo cíclico D representado abaixo no gráfico de p x V. 9 P ( 5 N/m ) D,3 Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física v ( -3 m 3 ),6 Página 3 de 5 Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva

4 MÓDULO DE EXTS FÍSI TERMODINÂMI Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva O rendimento da máquina térmica que utiliza esse ciclo é de 8%. O trabalho no ciclo e o calor fornecido ao, em KJ, valem respectivamente: Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva () 4 e 3 (D) e 6 () 8 e (E) 6 e () 54 e 4 4. (UES-7) Uma máquina térmica opera com um que realiza o ciclo, mostrado na figura. 5 p ( 4 N/m ),3,8 Sabendo-se que o realiza quatro ciclos a cada segun- do, a potência da máquina, em kw, é igual a ) 3, 4), ) 5, 5) 3, 3), 5. erta máquina térmica executa o ciclo da figura, efe- tuando revoluções por segundo. potência da máquina, em quilowatts, é igual a: () (D),5 () (E), (), v (m 3 ) 6. Uma amostra de ideal sofre as transformações mostradas no diagrama pressão versus volume, ilustrado ao lado. Observe-o bem e analise as afirmativas abaixo, apontando a opção correta: P (N/m ) 3,,, 5, () transformação é isobárica e a transformação, isométrica. () O trabalho feito pelo no ciclo é positivo. () Na etapa o sofreu compressão e na etapa sofreu expansão. (D) O trabalho realizado sobre o na etapa foi de 8,J. (E) transformação é isotérmica. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva 7. No gráfico da figura está representado o diagrama Pressão versus Volume de uma transformação cíclica sofrida por um ideal no sentido D. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva ssinale verdadeiro (V) ou falso (F). ( ) De para, o trabalho realizado pelo é positivo e, de para D o trabalho é negativo. ( ) De para, o volume do permanece constante, e não há variação da energia interna do. ( ) No ciclo completo não há variação de energia interna, e o trabalho total realizado pelo é de J. seqüência correta, de cima para baixo, é: () V V F () V F V () V F F (D) F V V (E) F V F 8. No ciclo mostrado no diagrama p X V da figura abaixo, a transformação é isobárica, é isométrica e é adiabática. Sabe-se que o trabalho realizado sobre o na compres- são adiabática é igual a 5J. Pode-se afirmar que a quantidade de calor total absorvida pelo o durante um ciclo, em joules, é igual a: () 4J () 8J () 5J (D) J (E) 9J 9. (UEFS-7.) Entre as máquinas térmicas aperfeiçoadas durante o século XX, aquela com qual se têm maior contato é o motor de explosão ou o de combustão interna. Esses motores são bastante usados para movimentar automóveis e têm seu funcionamento descrito pela Teoria da Termodinâmica. Essa teoria permite afirmar: () Durante uma compressão adiabática, um ideal, sobre o qual é realizado um trabalho de 8,J, sofre uma variação de energia interna igual a 6,J. () O processo isotérmico é uma transformação lenta e nele a energia interna do não sofre variação. () Uma máquina térmica que recebe uma quantidade de calor, 4,J, e realiza um trabalho,,j, tem rendimento de %. (D) Se a pressão de um é mantida constante, o seu volume varia diretamente proporcional à temperatura absoluta. (E) Em uma compressão isotérmica de um perfeito, o sistema não troca calor com o meio ambiente. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Página 4 de 5 Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva

5 MÓDULO DE EXTS FÍSI TERMODINÂMI Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva. (USaI-a) Uma máquina térmica ideal funciona segundo o ciclo de arnot, recebendo 8cal em cada ciclo. temperatura da fonte fria é 7 o e a da fonte quente é 7 o. Nessas condições, o trabalho útil que a máquina realiza em cada ciclo, em calorias, vale: Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva () (D) 5 () 3 (E) 6 () 4. (UES-7) erta máquina térmica ideal funciona realizando o ciclo de arnot. Em cada ciclo, o trabalho útil fornecido pela máquina é de 8,J. Sabendo-se que as temperaturas das fontes térmicas são 7 o e 7 o, então a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria é, em kj, de: ),8 4) 5,6 ) 3, 5) 6,3 3) 4,. (UNE-6) Sobre o motor de um veículo movido a diesel que consome,. 4 J de calor e realiza,. 3 J de trabalho mecânico em cada ciclo, considerando-se que o calor da combustão do diesel é igual a 5,. 4 J/g, pode-se afirmar: ) eficiência da máquina é igual a 5%. ) O motor, ao completar 5 ciclos por segundo, queima, gramas de diesel por segundo. 3) massa de diesel queimada, durante cada ciclo, é igual a 4,g. 4) energia ergia fornecida pelo motor, em cada ciclo, é igual a,. 4 W. 5) quantidade de calor liberado, em cada ciclo, é igual a 8,. 3 J. 3. O gráfico representa o ciclo de arnot nas variáveis p x V, para um ideal. Nessas condições é INORRETO afirmar: () admissão de calor ocorre no trecho. () rejeição de calor ocorre no trecho. () O coeficiente de rendimento do ciclo depende das tem- peraturas T e T. (D) Os trechos e D representam curvas isotérmicas. (E) Os trechos e D representam expansões isobári- cas. 4. (UES-9) figura representa a variação do volume V de um perfeito, em função da temperatura T, em uma transformação isobárica de 5,Pa. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Sabendo-se que o recebeu 6,J na forma de calor, a variação da energia interna do, em J, foi de: ), 4) 45, ) 8, 5) 57, 3), Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva 5. (UES-8) figura representa o ciclo termodinâmi- co descrito por um motor a diesel. onsiderando-se se a substância operante como sendo um ideal, julgue as seguintes proposições, assinalando com V as afirmações verdadeiras e com F, as falsas. ( ) O trabalho realizado no processo a b é positivo, e a energia interna do sistema diminui. ( ) O trabalho realizado no processo b c é nulo. ( ) O processo c d é uma expansão adiabática, e o sistema realiza trabalho à custa da energia interna. ( ) O processo d a representa um resfriamento do sistema a volume constante. alternativa que contém a seqüência correta, de cima para baixo, é a: ) V V V F 4) F F V V ) V V F V 5) V F V F 3) F V V F 6. (UF-8.ªetapa) Um sistema termodinâmico composto por quatro moles de um ideal descreve o ciclo representado no gráfico. 6,. 3,. 3 P (N/m ), 4, onsiderando a constante universal dos gases ideais R8,3J/(mol.K), determine: os pontos nos quais o atinge a maior e a menor temperatura; os valores dessas temperaturas; o trabalho realizado pelo em cada trecho; a diferença entre o calor por ele absorvido e o cedido ao meio exterior durante um ciclo. Gabarito de Termodinâmica. D E E 4. E E D 46. UF E D 3. D 4. Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Página 5 de 5 Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva Física Prof. Ramon Neiva