Exercícios sobre ciclo de Carnot
Resolva esta lista de exercícios sobre ciclo de Carnot, que visa a obter o máximo rendimento de uma máquina térmica, e avalie seus conhecimentos sobre o assunto.
Publicado por: Pâmella Raphaella MeloQuestões
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Questão 1
(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 relação 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:
A) Todo calor produzido pela gasolina é transformado em energia mecânica para movimentar as rodas.
B) O motor de uma moto é considerado uma máquina térmica, e somente uma parte do calor gerado é convertido em trabalho mecânico.
C) O fluxo de calor no motor a combustão interna da moto sempre flui da estrutura mais fria para a estrutura mais quente.
D) O rendimento do motor de uma moto pode ser encontrado pela divisão entre a temperatura fria Tfria e a temperatura quente Tquente.
E) A troca de óleo periodicamente garante à eficiência total do funcionamento do motor a combustão interna da moto.
Alternativa B
De acordo com a lei de Carnot, somente uma parte do calor se transforma em trabalho, e o restante é perdido.
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Questão 2
(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
A) 100
B) 99
C) 90
D) 10
E) 1
Alternativa C
Primeiramente, calcularemos a quantidade de calor da fonte quente, por meio da fórmula que a relaciona ao trabalho e ao rendimento da máquina térmica:
\(η=\frac{W}{Q_Q} \)
\(0,1=\frac{10}{Q_Q} \)
\(Q_Q=\frac{10}{0,1}\)
\(Q_Q=100\ J\)
Posteriormente, calcularemos a quantidade de calor da fonte fria, usando a fórmula que a relaciona ao trabalho e à quantidade de calor da fonte quente:
\(W=Q_Q-Q_F\)
\(10=100-Q_F\)
\(-90=-Q_F\)
\(Q_F=90\ J\)
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Questão 3
(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 dessa máquina é igual a
A) 20%.
B) 25%.
C) 30%.
D) 35%.
E) 40%.
Alternativa B
Calcularemos o rendimento da máquina térmica por meio da sua fórmula, que é dada em termos do calor da fonte fria e da fonte quente:
\(η=1-\frac{|Q_F |}{|Q_Q |} \)
\(η=1-\frac{|60\ k|}{|80\ k|} \)
Lembrando que o k significa quilo e equivale a \(10^3\) ou 1000, então:
\(η=1-\frac{|60 000|}{|80 000|} \)
\(η=1-0,75\)
\(η=0,25\)
\(η=0,25\cdot 100%\)
\(η=25\%\)
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Questão 4
(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.
A) As máquinas térmicas, que operam em ciclos, são incapazes de retirar o calor de uma fonte e o transformar integralmente em trabalho.
B) Em uma máquina térmica que opera em ciclos de Carnot, ocorrem duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas.
C) No ciclo de Carnot, ocorre uma transformação reversível, enquanto as demais são irreversíveis.
D) O rendimento de uma máquina térmica é nulo quando as etapas do ciclo de Carnot forem transformações reversíveis.
E) Uma máquina térmica é capaz de transferir calor de um ambiente frio para um quente sem a necessidade de consumir energia externa.
Alternativa A
Uma máquina térmica que funciona pelo ciclo de Carnot consegue obter o máximo rendimento na conversão de calor em trabalho e ainda assim ela não consegue converter todo o calor em trabalho, já que uma parte sempre é dissipada.
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Questão 5
Determine a temperatura da fonte quente de uma máquina de Carnot, sabendo que a temperatura da fonte fria é de 360 K e ela possui um rendimento de 60%.
A) 2250 K
B) 450 K
C) 1200 K
D) 900 K
E) 3640 K
Alternativa D
Calcularemos a temperatura da fonte quente usando a fórmula de rendimento de uma máquina de Carnot:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(60 \%=1-\frac{360}{T_Q} \)
\(\frac{60}{100}=1-\frac{360}{T_Q} \)
\(0,6=1-\frac{360}{T_Q} \)
\(0,6-1=-\frac{360}{T_Q} \)
\(-0,4=-\frac{360}{T_Q} \)
\(0,4=\frac{360}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{360}{0,4}\)
\(T_Q=900\ K\)
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Questão 6
Considerando seus estudos sobre o ciclo de Carnot, indique qual das alternativas abaixo apresenta as transformações termodinâmicas que acontecem nele:
A) transformação isobárica e transformação isocórica
B) transformação isocórica e transformação isotérmica
C) transformação isotérmica e transformação adiabática
D) transformação adiabática e transformação isobárica
E) transformação isobárica e transformação isotérmica
Alternativa C
No ciclo de Carnot ocorrem duas transformações isotérmicas e duas transformações adiabáticas.
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Questão 7
Um refrigerador recebe um quantidade de calor da sua fonte quente e transfere 100 J dessa quantidade de calor para a sua fonte fria. Então, sabendo que ele possui um rendimento de 80%, calcule a quantidade de calor que ele recebe da sua fonte quente.
A) 50 J
B) 110 J
C) 125 J
D) 210 J
E) 225 J
Alternativa E
Calcularemos a quantidade de calor que ele recebe da sua fonte quente por meio da fórmula que a relaciona ao rendimento do refrigerador e à quantidade de calor que transfere para a fonte fria:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(80 \%=\frac{100}{Q_Q-100}\)
\(\frac{80}{100}=\frac{100}{Q_Q-100}\)
\(0,8=\frac{100}{Q_Q-100}\)
\(Q_Q-100=\frac{100}{0,8}\)
\(Q_Q-100=125\)
\(Q_Q=125+100\)
\(Q_Q=225\ J\)
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Questão 8
Uma máquina térmica recebe 800 J de calor da fonte quente e transfere 500 J de calor para a sua fonte fria durante um ciclo. Com isso, qual será o trabalho dessa máquina térmica?
A) 300 J
B) 400 J
C) 500 J
D) 600 J
E) 700 J
Alternativa A
Calcularemos o trabalho de uma máquina térmica usando a fórmula que a relaciona aos calores das fontes quente e fonte fria:
\(W=Q_Q-Q_F\)
\(W=800-500\)
\(W=300\ J\)
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Questão 9
Um refrigerador recebe 200 J de calor da sua fonte quente e transfere 40 J de calor para a sua fonte fria. Assim, encontre o valor do seu rendimento.
A) 15%
B) 20%
C) 25%
D) 30%
E) 35%
Alternativa C
Calcularemos o rendimento de um refrigerador por meio da sua fórmula:
\(η=\frac{Q_F}{Q_Q-Q_F}\)
\(η=\frac{40}{200-40}\)
\(η=\frac{40}{160}\)
\(η=0,25\)
\(η=0,25\cdot 100\%\)
\(η=25\%\)
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Questão 10
Uma máquina térmica realiza um trabalho de 212 J e possui uma fonte quente que fornece 424 J de calor. Com essas informações, encontre o valor do rendimento dessa máquina térmica.
A) 50%
B) 40%
C) 30%
D) 20%
E) 10%
Alternativa A
Calcularemos o rendimento da máquina térmicas usando a fórmula que a relaciona ao trabalho e à quantidade de calor da fonte quente:
\(η=\frac{W}{Q_Q} \)
\(η=\frac{212}{424}\)
\(η=0,5\)
\(η=0,5\cdot 100\%\)
\(η=50\%\)
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Questão 11
Uma máquina de Carnot possui rendimento de 70%. Sabendo que a temperatura da sua fonte fria é de 277,8 K, qual deve ser a temperatura da sua fonte quente?
A) 352 K
B) 642 K
C) 769 K
D) 926 K
E) 834 K
Alternativa D
Calcularemos a temperatura da fonte quente por meio da fórmula de rendimento de uma máquina de Carnot:
\(η=1-\frac{T_F}{T_Q} \)
\(70 \%=1-\frac{277,8}{T_Q} \)
\(\frac{70}{100}=1-\frac{277,8}{T_Q} \)
\(0,7=1-\frac{277,8}{T_Q} \)
\(0,7-1=\frac{277,8}{T_Q} \)
\(-0,3=-\frac{277,8}{T_Q} \)
\(0,3=\frac{277,8}{T_Q} \)
\(T_Q=\frac{277,8}{0,3}\)
\(T_Q=926\ K\)
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Questão 12
Quais proposições apresentam a unidade de medida correspondente à grandeza física estudada em potência elétrica?
I. A temperatura é medida em Kelvin.
II. O calor é medido em Kelvin.
III. O trabalho é medido em Celsius.
IV. O rendimento não possui unidade de medida.
A) Alternativas I e II.
B) Alternativas III e IV.
C) Alternativas I e III.
D) Alternativas II e IV.
E) Alternativas I e IV.
Alternativa E
I. A temperatura é medida em Kelvin. (verdadeiro)
II. O calor é medido em Kelvin. (falso)
O calor é medido em Joule.
III. O trabalho é medido em Celsius. (falso)
O trabalho é medido em Joule.
IV. O rendimento não possui unidade de medida. (verdadeiro)