Física B - Módulo 7: 2 Lei da Termodinâmica

Question 1

É naturalmente possível a conversão integral de trabalho em calor?

Answer 1

sim

Question 2

É naturalmente possível a conversão integral de calor em trabalho?

Answer 2

não

Question 3

Qual a diferença da 1 Lei da Termodinâmica para a 2 Lei da Termodinâmica?

Answer 3

A 2 Lei da Termodinâmica trata de processos que são naturalmente proibidos, mas que ocorre conservação de energia.

Question 4

O que são máquinas térmicas?

Answer 4

São dispositivos que, à partir de transformações gasosas cíclicas, convertem parte do calor em trabalho.

Question 5

Equação dos calores na máquina térmica.

Answer 5

Calor da fonte quente = calor da fonte fria + trabalho

Question 6

Cálculo do rendimento de uma máquina térmica

Answer 6

N = W / Q (fonte quente)

N = 1 - Q (fonte fria) / Q (fonte quente)

Question 7

Como se calcula a potência útil de uma máquina térmica

Answer 7

P = W / Variação de tempo

Question 8

Qual a principal máquina térmica?

Answer 8

Motor térmico / motor de explosão / motor de combustão interna

Question 9

Como é chamado o ciclo referente ao motor térmico?

Answer 9

Ciclo de Otto.

Question 10

Quais são os 4 tempos do Ciclo de Otto?

Answer 10

1: admissão;
2: compressão;
3: explosão;
4: Escape.

Question 11

O que ocorre na etapa de admissão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?

Answer 11

• Entrada da mistura de ar + combustível e descida do pistão;
• Pressão constante e aumento do volume;
• Representação: isóbara.

Question 12

O que ocorre na etapa de compressão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?

Answer 12

• A mistura é comprimida dentro do cilindro com a subida do pistão.
• Representação: primeira adiabática.

Question 13

Após a compressão, qual a primeira coisa que acontece e em qual ponto do gráfico ela é representada?

Answer 13

Surgimento de uma centelha elétrica, representada no gráfico pelo ponto C.

Question 14

O que ocorre na etapa de expansão e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?

Answer 14

• O combustível explode, ocorre aumento da pressão e, só depois disso, o pistão reage e é fortemente empurrado para baixo, diminuindo o volume.
• Representação: primeira isovolumétrica e segunda adiabática.

Question 15

O que ocorre na etapa da descarga e como ela é representada no gráfico do Ciclo de Otto?

Answer 15

• Os gases resultantes da combustão são eliminados;
• Representação: segunda isovolumétrica e o mesmo traço da admissão.

Question 16

No gráfico do Ciclo de Otto, as adiabáticas estão relacionadas a quê?

Answer 16

Trabalho

Question 17

No gráfico do Ciclo de Otto, as isovolumétricas estão relacionadas a quê

Answer 17

À troca de calor:
Primeira isovolumétrica: entrada de calor da fonte quente;

Segunda isovolumétrica: expulsão do calor resultante do motor para a fonte fria.

Question 18

Enunciado da 2 Lei da Termodinâmica para máquinas térmicas.

Answer 18

É impossível uma máquina térmico cujo o único resultado seja a absorção de calor de uma fonte e a conversão integral desse calor em trabalho.

Question 19

O que é a máquina/ciclo de Carnot?

Answer 19

É uma máquina térmica idealizada que apresenta máximo desempenho à partir de um conjunto de processos reversíveis (ideais).

Question 20

Quais fatores afetam o rendimento de uma máquina térmica, ou seja, provocam a irreversibilidade dos processos térmicos?

Answer 20

• Atrito;
• Transferência de energia;
• Expansão não resistida.

Question 21

Quando que a transferência de calor e a expansão não resistida seriam processos reversíveis?

Answer 21

• Caso a transferência de calor seja à partir de uma diferença infinitesimal de temperatura;
• Caso o êmbolo da expansão não resistida apresente uma diferença de pressão infinitesimal entre os dois lados.

Question 22

Quais são os processos do Ciclo de Carnot?

Answer 22

1- O fluido do motor recebe o calor Q1 da fonte quente por meio de um processo isotérmico à temperatura T1. A temperatura do motor, em comparação com a fonte quente, é infinitesimalmente menor.
2- O fluido do motor expulsa o calor Q2 para a fonte fria, cuja a temperatura é T2, por meio de um processo isotérmico. A temperatura do motor é infinitesimalmente maior que a temperatura da fonte fria.

O fluido muda a sua temperatura de T1 para T2 por meio de processos adiabáticos.

Question 23

No gráfico do Ciclo de Carnot, o que as adiabáticas e as isotermas representam?

Answer 23

Isotermas: Transferência de calor

Adiabática: Mudança de temperatura.

Question 24

Etapas do Ciclo de Carnot de acordo com a representação do gráfico.

Answer 24

A - B = Expansão isotérmica: absorção do calor da fonte quente;
B - C = Expansão adiabática: diminuição da temperatura de T1 para T2.
C - D = Compressão isotérmica: rejeição do calor para a fonte fria.
D - A = Compressão adiabática: aumento da temperatura de T2 para T1.

Question 25

Etapas do Ciclo de Carnot de acordo com a representação do gráfico.

Answer 25

A - B = Expansão isotérmica: absorção do calor da fonte quente;
B - C = Expansão adiabática: diminuição da temperatura de T1 para T2.
C - D = Compressão isotérmica: rejeição do calor para a fonte fria.
D - A = Compressão adiabática: aumento da temperatura de T2 para T1.

Question 26

Como representar o ciclo de um refrigerador de Carnot?

Answer 26

Ciclo de Carnot no sentido anti-horário

Question 27

Como se calcula o rendimento (N) de uma máquina de Carnot ?

Answer 27

N = 1 - Q2 / Q1 ou N = 1 - T2 / T1 (expressas em Kelvin)

Question 28

Seguindo a equação do rendimento de Carnot, quando que a máquina apresentará maior rendimento de acordo com as temperaturas?

Answer 28

À medida que:

• A temperatura da fonte fria diminui;
• A temperatura da fonte quente aumenta.

Question 29

O que são refrigeradores?

Answer 29

São dispositivos que, à partir de transformações gasosas cíclicas, conseguem transferir calor da fonte fria para a fonte quente após sofrer um trabalho externo.

Question 30

Como se calcula a eficiência de um refrigerador?

Answer 30

E = Q1 (calor da fonte fria) / W
Ou
E= Q (calor da fonte fria) / Q2 (calor da fonte quente) - Q1 (calor da fonte fria)

Question 31

Como funciona cada ciclo de um refrigerador térmico?

Answer 31

Uma quantidade de calor Q1 é transferida de uma fonte fria para o refrigerador, que transfere uma quantidade de calor Q2 para uma fonte quente. Além disso, o refrigerador precisa de uma quantidade W de trabalho para funcionar.

Question 32

Equação dos calores envolvendo o refrigerador e o trabalho.

Answer 32

Q2 (calor para a fonte quente) = Q1 (calor da fonte fria) + W (trabalho)

Question 33

Como se mede a eficiência de um refrigerador de Carnot?

Answer 33

E = Tf (temperatura da fonte fria) / Tq - Tf (temperatura da fonte quente - temperatura da fonte fria)

Question 34

Enunciado da 2 Lei da Termodinâmica para refrigeradores.

Answer 34

É impossível um refrigerador, operando em ciclos, retirar calor de uma fonte fria e transferir para uma fonte quente sem sofrer trabalho externo.

Question 35

Qual é o tipo de refrigerador utilizado por geladeiras, freezers, ar-condicionados e balcões frigoríficos?

Answer 35

Refrigerador por compressão a vapor.

Question 36

Quais serpentinas existem em um refrigerador?

Answer 36

• Evaporador;
• Condensador.

Question 37

Quais são as etapas de um refrigerador?

Answer 37

Existe um fluido especial que passa pelo refrigerador.

1- O fluido é praticamente líquido e apresenta uma temperatura menor que a fonte fria. Esse líquido, portanto, recebe o calor Q1 da fonte fria e passa pelo evaporador, sofrendo uma vaporização isobárica.

2- Esse vapor passa pelo compressor, onde recebe o trabalho W e é comprimido;

3- O vapor quente e pressurizado passa pelo condensador, cede o calor Q2 para a fonte quente e sofre uma transformação isobárica.

4- O líquido, então, passa pelo estrangulamento, onde há uma queda súbita da pressão. Parte do fluido vaporiza e sua temperatura diminui.

Question 38

Os manuais de refrigerador apresentam a recomendação de que o equipamento não deve ser instalado próximo a fontes de calor, como fogão e aquecedores, ou em local onde incida diretamente a luz do sol. A instalação em local inadequado prejudica o funcionamento do refrigerador e aumenta o consumo de energia. Por que ocorre aumento do consumo de energia?

Answer 38

• A liquefação da substância refrigerante no condensador exige mais trabalho do compressor.

Se colocarmos o refrigerador próximo a superfícies quentes seria o mesmo que aumentar a temperatura da fonte quente, assim é necessário que o compressor realize mais trabalho sobre o gás para que ele possa levar a mesma quantidade de calor a partir da fonte fria, isto é, o aumento do consumo de energia é justificado pelo aumento do trabalho por unidade de tempo realizado pelo compressor para que, assim, ele também consiga sofrer adequadamente a transformação adiabática.

Question 39

Se abríssemos uma geladeira em um quarto, o quarto seria resfriado? Justifique

Answer 39

Não, pois a geladeira retiraria calor do quarto e devolveria pro quarto.

Question 40

O que aconteceria se abríssemos uma geladeira em um quarto?

Answer 40

O quarto esquentaria, uma vez que o calor que volta para o ambiente terá acréscimo de trabalho e será mais quente.

Question 41

Por que as máquinas térmicas não possuem 100% de rendimento?

Answer 41

Uma máquina térmica nunca será ideal. Isso devido às inúmeras perdas de energia que acontecem: aquecimento do motor, ruídos, vibrações. Essas perdas e o fato de os processos serem irreversíveis são sinônimos de aumento da entropia do sistema, ou seja, aumento da desordem.