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Máquinas térmicas e Ciclo de Carnot

Lista de 15 exercícios de Física com gabarito sobre o tema Máquinas térmicas e Ciclo de Carnot com questões de Vestibulares.

Confira as videoaulas, teoria e questões sobre: Termologia.





1. (UEMG) Uma máquina térmica que opera, segundo o ciclo de Carnot, executa 10 ciclos por segundo. Sabe-se que, em cada ciclo, ela retira 800 J da fonte quente e cede 400 J para a fonte fria. Se a temperatura da fonte fria é igual a 27°C, o rendimento dessa máquina e a temperatura da fonte quente valem, respectivamente,

  1. 20%; 327 K.
  2. 30%; 327 K.
  3. 40%; 700 K.
  4. 50%; 600 K.

2. (PUC-PR) Uma máquina térmica opera entre duas fontes a temperaturas constantes.

Considerando que essas fontes estão a 27ºC e 327ºC e que a máquina retira 100 kJ da fonte quente a cada ciclo, qual é a energia útil obtida por essa máquina por ciclo?

  1. 50 kJ
  2. 91 kJ
  3. 9 kJ
  4. 27 kJ
  5. 32,7 kJ

3. (UESB) A máquina térmica é um dispositivo capaz de converter calor em trabalho e é constituída por dois reservatórios a temperaturas distintas.

Com relação às máquinas térmicas e à Segunda Lei da Termodinâmica, é correto afirmar:

  1. As máquinas térmicas de Carnot são utilizadas para converter energia mecânica totalmente em trabalho.
  2. Uma máquina térmica tem maior eficiência quando transforma menos calor em trabalho, rejeitando assim mais calor para a fonte fria.
  3. Uma máquina térmica que realiza um trabalho de 20,0kJ, quando lhe é fornecida uma quantidade de calor igual a 25,0kJ, apresenta um rendimento de 78%.
  4. Uma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixas e distintas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, se estiver operando entre essas mesmas temperaturas.
  5. Qualquer máquina térmica real que opera entre um reservatório térmico de temperatura T1 e um reservatório de temperatura T2, com T1 > T2 tem rendimento menor do que qualquer máquina térmica reversível que opera entre reservatórios térmicos com as mesmas temperaturas T1 e T2.

04. (UPE) Um refrigerador foi construído, utilizando-se uma máquina de Carnot cuja eficiência, na forma de máquina de calor, é igual a 0,1. Se esse refrigerador realiza um trabalho de 10 J, é CORRETO afirmar que a quantidade de calor removida do reservatório de menor temperatura foi, em joules, de

  1. 100
  2. 99
  3. 90
  4. 10
  5. 1

05. (UEA) Em uma máquina térmica, uma fonte quente fornece 80 kJ de energia na forma de calor, enquanto uma fonte fria descarrega 60 kJ de calor para o meio ambiente. Portanto, o rendimento desta máquina é igual a

  1. 20%.
  2. 25%.
  3. 30%.
  4. 35%.
  5. 40%.

06. (FAMP) A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho. Tanto as máquinas térmicas a vapor d’água quanto as máquinas térmicas de combustão interna, que operam devido aos gases gerados pela queima de combustíveis, têm seu funcionamento baseado no aumento da energia interna das substâncias envolvidas e no trabalho realizado.

Disponível em: http://www.if.ufrgs.br/cref/leila/maquina.htm. Acesso em: 24 set. 2015, com adaptações.

Um tipo ideal de máquina térmica é a Máquina de Carnot, que utiliza o calor com maior eficiência para realizar trabalho útil. Suponha que uma máquina de Carnot opere com as seguintes temperaturas: TQ = 800 K (temperatura quente) e TF = 200 K (temperatura fria). A eficiência, em porcentagem, dessa máquina térmica é

  1. 25%.
  2. 40%.
  3. 45%.
  4. 50%.
  5. 75%.

07. (UEL) A Revolução Industrial foi acompanhada por profundas transformações na Europa. Os novos meios de transporte, que utilizavam as máquinas térmicas recém-criadas, foram essenciais aos avanços relacionados à industrialização por todo o continente. Naquele período, foi demonstrado teoricamente que uma máquina térmica ideal é aquela que descreve um ciclo especial, denominado ciclo de Carnot. Sobre os princípios físicos da termodinâmica e do ciclo de Carnot, assinale a alternativa correta.

  1. As máquinas térmicas, que operam em ciclos, são incapazes de retirar o calor de uma fonte e o transformar integralmente em trabalho.
  2. Em uma máquina térmica que opera em ciclos de Carnot, ocorrem duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas.
  3. No ciclo de Carnot, ocorre uma transformação reversível, enquanto as demais são irreversíveis.
  4. O rendimento de uma máquina térmica é nulo quando as etapas do ciclo de Carnot forem transformações reversíveis.
  5. Uma máquina térmica é capaz de transferir calor de um ambiente frio para um quente sem a necessidade de consumir energia externa.

08. (UNIFOR) Hoje, aos olhos da ciência moderna, o dispositivo criado por Heron e uma máquina térmica, ou seja, ela e um dispositivo com capacidade de transformar o calor, energia térmica, em trabalho mecânico. No entanto, essa máquina criada não foi usada para produzir energia mecânica em grandes escalas. Foi somente no século XVIII que foram construídas as primeiras máquinas térmicas capazes de produzir energia mecânica em escala industrial.

Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica, avalie as afirmações a seguir.

I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia mecânica em energia térmica com consequente realização de trabalho.

II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por CIausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um agente externo como é o caso do refrigerador.

III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte quente.

IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas.

É correto apenas o que se afirma em

  1. I e II.
  2. I e III.
  3. II e IV.
  4. III e IV.
  5. I , II , III.

09. (EFOMM) Uma máquina de Carnot é projetada para operar com 200 W de potência entre fontes de calor de 200ºC e 100ºC.

Com base nas características descritas, a quantidade de calor absorvida por essa máquina, a cada segundo, é de aproximadamente

  1. 400 J
  2. 550 J
  3. 670 J
  4. 800 J
  5. 950 J

10. (IFRR) Uma máquina térmica que opera segundo o Ciclo de Carnot tem temperatura da sua fonte quente 827 ºC e temperatura da fonte fria -53ºC. Calcule o rendimento da máquina.

  1. 80%
  2. 60%
  3. 40%
  4. 30%
  5. 90%

11. (FAG) A cada ciclo, uma máquina térmica extrai 45 kJ de calor da sua fonte quente e descarrega 36 kJ de calor na sua fonte fria. O rendimento máximo que essa máquina pode ter é de:

  1. 75%.
  2. 25%.
  3. 20%.
  4. 80%.
  5. 100%.

12. (EsPCEx) Um motor térmico funciona segundo o ciclo de Carnot. A temperatura da fonte quente vale 323ºC e a da fonte fria vale 25ºC. O rendimento desse motor é de

  1. 8%
  2. 13%
  3. 50%
  4. 70%
  5. 92%

13. (EEAR) Ao construir uma máquina de Carnot, um engenheiro percebeu que seu rendimento era de 25%. Se a fonte fria trabalha a 25 °C, a temperatura da fonte quente, em °C, de tal motor será aproximadamente:

  1. 12,4
  2. 124
  3. 1240
  4. 12400

14. (ITA) No ciclo de Carnot, que trata do rendimento de uma máquina térmica ideal, estão presentes as seguintes transformações:

  1. duas adiabáticas e duas isobáricas.
  2. duas adiabáticas e duas isocóricas.
  3. duas adiabáticas e duas isotérmicas.
  4. duas isobáricas e duas isocóricas.
  5. duas isocóricas e duas isotérmicas.

15. (URCA) A moto é um meio de transporte cada vez mais preferível pela população da região do cariri cearense (apesar de seus riscos), principalmente por ser considerada mais econômica em ralação ao consumo de combustíveis fósseis como a gasolina.

Em relação à explicação científica no campo da Termodinâmica sobre o funcionamento de um motor de combustão interna da moto marque a alternativa aceita na linguagem científica:

  1. Todo calor produzido pela gasolina é transformado em energia mecânica para movimentar as rodas.
  2. O motor de uma moto é considerado uma máquina térmica e somente uma parte do calor gerado é convertido em trabalho mecânico.
  3. O fluxo de calor no motor a combustão interna da moto sempre flui da estrutura mais fria para a estrutura mais quente.
  4. O rendimento do motor de uma moto pode ser encontrado pela divisão entre a temperatura fria Tfria e a temperatura quente Tquente.
  5. A troca de óleo periodicamente garante à eficiência total do funcionamento do motor a combustão interna da moto.

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