I. O documento apresenta instruções para a realização de uma prova de termodinâmica básica, incluindo tempo disponível, materiais permitidos e gabarito para questões de múltipla escolha.
II. A prova contém 8 questões sobre conceitos-chave da termodinâmica como leis da termodinâmica, máquinas térmicas, ciclos de Carnot e desigualdade de Clausius.
III. As respostas devem ser preenchidas no espaço destinado e em tinta azul ou preta,
I. O documento apresenta instruções para a realização de uma prova de termodinâmica básica, incluindo tempo disponível, materiais permitidos e gabarito para questões de múltipla escolha.
II. A prova contém 8 questões sobre conceitos-chave da termodinâmica como leis da termodinâmica, máquinas térmicas, ciclos de Carnot e desigualdade de Clausius.
III. As respostas devem ser preenchidas no espaço destinado e em tinta azul ou preta,
I. O documento apresenta instruções para a realização de uma prova de termodinâmica básica, incluindo tempo disponível, materiais permitidos e gabarito para questões de múltipla escolha.
II. A prova contém 8 questões sobre conceitos-chave da termodinâmica como leis da termodinâmica, máquinas térmicas, ciclos de Carnot e desigualdade de Clausius.
III. As respostas devem ser preenchidas no espaço destinado e em tinta azul ou preta,
I. O documento apresenta instruções para a realização de uma prova de termodinâmica básica, incluindo tempo disponível, materiais permitidos e gabarito para questões de múltipla escolha.
II. A prova contém 8 questões sobre conceitos-chave da termodinâmica como leis da termodinâmica, máquinas térmicas, ciclos de Carnot e desigualdade de Clausius.
III. As respostas devem ser preenchidas no espaço destinado e em tinta azul ou preta,
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Instituto de Cincias Exatas e Tecnolgicas
P2 Termodinmica Bsica Nome: Curso:
Turma:
RA:
Data:
Instrues
Leia as questes antes de respond-las. A interpretao da questo faz parte da
avaliao.
permitido o uso de lpis, borracha, caneta.
As questes devero ser respondidas no espao destinado s respostas.
No permitido o uso de calculadora ou material adicional, bem como o emprstimo de
material do colega.
Todo o material restante deve ser colocado sobre o tablado na frente da sala. Qualquer material solto sob as carteiras ser considerado irregular e a prova retirada.
As respostas dos exerccios devem ser com tinta azul ou preta (prova com resposta a lpis ser corrigida normalmente, mas no dar direito arguio quanto correo).
Desligue o celular e observe o tempo disponvel para resoluo.
Tempo de prova: 180 minutos (tempo mnimo de permanncia na sala de 60 minutos).
As questes de mltipla escolha sero corrigidas pelo gabarito abaixo. Rasuras neste gabarito invalidar a questo.
GABARITO - QUESTES DE MULTIPLA ESCOLHA
A 1 2 3 4
1) (0,5 ponto) No primeiro bimestre estudamos a Primeira Lei da Termodinmica e vimos o
balano de energia como mostrado abaixo:
Porm, esse balano de energia no capaz de nos mostrar o sentido que os processos ocorrem. Para isso necessitamos da Segunda Lei da Termodinmica, mostrada abaixo:
Nenhum processo ocorre sem que atenda a 1 e 2 Lei da Termodinmica.
As mquinas trmicas so dispositivos cclicos onde o fluido de trabalho volta ao seu estado inicial ao fim de cada ciclo. Em uma parte do ciclo o trabalho pelo fluido enquanto que em uma determinada parte o trabalho realizado sobre o fluido. Com isso, possvel determinar o trabalho lquido realizado por essa mquina trmica. J a eficincia depende de como so executados os processos individuais e estes podem ser maximizados usando processos reversveis, como apresentados a seguir: Ciclos de Potncia: Ciclos de Refrigerao:
onde Refrigerador Bomba de Calor
onde onde
Essas relaes de eficincia e coeficientes de performance mximos s vlido devido ao
corolrio de Carnot:
Na prtica os ciclos reversveis no existem, pois irreversibilidades associadas a cada processo
no podem ser eliminadas. O estudo dos ciclos reversveis importante para que possamos identificar o ponto de mximo desempenho e consequentemente buscamos melhorias aos processos reais a fim de nos aproximar ao mximo desses valores. O ciclo reversvel mais estudado o Ciclo de Carnot, proposto em 1824 pelo engenheiro francs Sadi Carnot, chamada mquina trmica de Carnot, que um ciclo terico capaz de mostrar a eficincia mxima que um ciclo termodinmico pode atingir. O grfico a seguir apresenta um ciclo de potncia de Carnot.
De acordo com esse grfico podemos dizer que:
I - Este ciclo de Carnot comporto por um conjunto de processos 1-2-3-4 que representam respectivamente uma expanso isotrmica reversvel, uma expanso adiabtica reversvel, uma compresso isotrmica reversvel e uma compresso adiabtica reversvel. II - Os ciclos tericos de Carnot representam os ciclos com mxima eficincia, isto , 100% de eficincia. III A regio no grfico onde ocorre o processo de 4 para 1 onde encontra-se a caldeira, havendo uma grande quantidade de energia trmica adicionada, e por isso a temperatura de 1 to superior a temperatura de 4. IV A regio no grfico onde ocorre o processo de 2 para 3 onde encontra-se a turbina, onde est ocorrendo a expanso adiabtica reversvel e consequentemente a liberao de potncia. Das afirmaes abaixo esto corretas: a) b) c) d) e)
I, II, III I, III, IV II, IV I, IV I, II, IV
2) (0,5 ponto) Mquinas trmicas reais so menos eficientes que mquinas trmicas reversveis quando operam entre os mesmos dois reservatrios de energia trmica. A desigualdade de Clausius, enunciada por Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888), fsico e matemtico alemo, um dos fundadores dos conceitos da termodinmica, expressa por: (
Essa equao a base para o desenvolvimento do conceito de Entropia, e aplicado a qualquer
ciclo a despeito do(s) corpo(s) a partir do qual o ciclo recebe energia trmica ou para os quais o ciclo rejeita energia em forma de calor. Ela representa o conceito dos ciclos reais (< 0) e tericos (= 0). Uma maneira equivalente para demonstrarmos a desigualdade de Clausius dada na equao a seguir: (
Com base na desigualdade de Clausis identifique a afirmaes incorretas.
I Para ciclos reversveis, ciclo ter um valor positivo, sendo que quanto maior seu valor numrico, maior ser o efeito da irreversibilidade presente no sistema. II Para o ciclo de Carnot, ciclo ter um valor nulo. III A desigualdade de Clausius apresenta o sentido do processo, consequentemente consegue apresentar os ciclos que so impossveis e para isso o valor de ciclo dever ser nulo. IV A desigualdade de Clausius, apesar de grande importncia no estudo terico da termodinmica, no capaz de predizer o sentido do processo, sendo assim apenas utilizada para o desenvolvimento da propriedade Entropia. a) b) c) d) e)
I, III I, IV III, IV II, IV I, III, IV
3) (0,5 ponto) Um bocal destina-se a acelerar os gases de combusto aps uma turbina de um Boeing 747-700. Considerado o processo de escoamento do gs no bocal adiabtico, assinale a alternativa correta:
a) b) c) d) e)
a entropia do fluxo de gases de combusto na entrada do bocal ser igual da sada
a entropia do fluxo de gases de combusto na sada do bocal ser menor que na entrada a entropia do fluxo de gases de combusto na sada do bocal ser maior que na entrada a entropia do fluxo de gases de combusto ir depender da troca de calor que ocorre no bocal impossvel determinar em qual ponto a entropia ser maior
4) (0,5 ponto) O ciclo de potncia mostrado na figura abaixo possui rendimento de 50%. Pode-se afirmar que:
a)
b) c)
d) e)
5) (2,0 pontos) A figura abaixo mostra o esquema de uma mquina cclica que utilizada para transferir calor de um reservatrio trmico a alta temperatura para outro a baixa temperatura. Determine a eficincia do ciclo e se essa mquina reversvel, irreversvel ou impossvel.
Resoluo
Ciclo impossvel porque a eficincia real maior que a mxima
6) (2,0 pontos) O motor de um automvel opera com eficincia de 40%. Admita que o aparelho de ar condicionado desse automvel, cujo compressor acionado pelo motor do automvel, apresente coeficiente de desempenho igual a 5. Sabendo que a temperatura interna do automvel de 17C e que a temperatura ambiente 27C, determine: a) A energia consumida no motor do automvel necessria para que o condicionamento de ar retire 1 kJ do interior do automvel. b) Em termos tcnicos, termodinmicos, seria possvel melhorar o ciclo de refrigerao desse automvel? Mostre por qu. Resoluo a)
b)
O coeficiente de performance mximo mostra que o ciclo de refrigerao pode tecnicamente ser melhorado, por ser maior que o coeficiente de performance real.
7) (2,0 ponto) Conforme ilustra a figura, dois ciclos reversveis so colocados em srie de forma que cada um tenha a mesma eficincia trmica do outro. O primeiro ciclo recebe energia Q H por transferncia de calor de um reservatrio quente 3727C e rejeita a energia Q por transferncia de calor para um reservatrio a temperatura intermediria T. O segundo ciclo recebe a energia Q por transferncia de calor do reservatrio temperatura T e rejeita a energia Qc por transferncia de calor para um reservatrio a 727C. Todas as transferncias de energia so positivas nos sentidos das setas. Determine: a) A equao que representa a temperatura T em relao s temperaturas T H e TC. b) O valor da temperatura intermediria T, em C.
Resoluo a)
b)
8) (2,0 pontos) Deseja-se produzir refrigerao a -30C. Dispe-se de um reservatrio trmico a
227C e a temperatura ambiente 23C. Assim, trabalho pode ser produzido por um motor trmico operando entre o reservatrio de 227C e o ambiente, e esse trabalho pode ser utilizado para acionar o refrigerador. Admitindo que todos os processor sejam reversveis, determine a razo entre os calores transferidos do reservatrio de alta temperatura e do espao refrigerado.
