Questões de 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas (Física)

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Física Física Térmica - Termologia | 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas


SEDUC-SP - Professor de Educação Básica II Física - VUNESP (2025)

A potência emitida por um corpo através da radiação eletromagnética depende da área A da superfície do corpo, da temperatura T e da constante de Stefan-Boltzmann σ. Considere que a potência irradiada por um metro quadrado da superfície do Sol é de 6,4 × 107 J.s–1.m–2 e que o Sol é uma esfera com raio de 7 × 108 m. Nessas condições, a potência total irradiada na superfície do Sol, em Watts, será da ordem de grandeza de
Adote: π = 3

  • A 1026
  • B 1017
  • C 1035
  • D 1018
  • E 1025

Física Física Térmica - Termologia | 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas


SEED-PR - Professor Física Edital nº 138 - Instituto Consulplan (2024)

Em um experimento teórico sobre a eficiência de máquinas térmicas, um pesquisador discute os limites impostos pelas Leis da Termodinâmica para a conversão de calor em trabalho. Ele considera hipoteticamente uma máquina térmica que opera entre uma fonte quente a 500 K e uma fonte fria a 300 K. Se a máquina hipotética fosse desenhada para funcionar com eficiência maior que uma máquina de Carnot que opera entre as mesmas temperaturas, qual das afirmativas melhor descreve as implicações dessa hipótese em relação às Leis da Termodinâmica?

  • A A máquina pode atingir eficiência superior ao ciclo de Carnot se a fonte fria fosse mantida em uma temperatura constante de zero Kelvin.
  • B A máquina viola a Primeira Lei da Termodinâmica, pois exige que o trabalho produzido seja maior que o calor total absorvido da fonte quente.
  • C A máquina pode existir, desde que seja utilizada uma fonte infinita de calor, pois isso aumenta a eficiência para além dos limites do ciclo de Carnot.
  • D A máquina viola a Segunda Lei da Termodinâmica, pois contradiz o princípio de que nenhuma máquina térmica pode ter eficiência maior que a de uma máquina de Carnot operando entre duas temperaturas fixas.

Física Física Térmica - Termologia | 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas


SEED-PR - Professor Física Edital nº 138 - Instituto Consulplan (2024)

Uma máquina térmica opera com um gás ideal em um ciclo termodinâmico, realizando trabalho ao extrair calor de uma fonte quente e rejeitar parte desse calor para uma fonte fria. Em uma usina, uma máquina térmica realiza um ciclo Rankine ideal, retirando calor de uma caldeira a uma temperatura de 450°C e rejeitando calor em um condensador a uma temperatura de 40°C. Considerando as limitações impostas pela Segunda Lei da Termodinâmica, assinale a alternativa correta sobre o rendimento e o funcionamento dessa máquina térmica.

  • A O ciclo Rankine alcança o rendimento máximo teórico de 100% quando a temperatura da fonte fria é próxima de 0°C.
  • B O rendimento do ciclo Rankine é idêntico ao do ciclo de Carnot, pois ambos são considerados ciclos ideais e operam entre duas temperaturas fixas.
  • C O rendimento máximo teórico da máquina é inferior a 100% porque uma parte do calor recebido deve ser rejeitada para manter o ciclo operando continuamente.
  • D O rendimento máximo teórico da máquina é de, aproximadamente, 90%, dado que o calor rejeitado é uma fração muito pequena do calor absorvido pela máquina.

Física Física Térmica - Termologia | 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas


SEED-PR - Professor Física Edital nº 138 - Instituto Consulplan (2024)

Em uma aula de termodinâmica, o professor aborda o funcionamento das máquinas térmicas, dispositivos que convertem calor em trabalho mecânico por meio de ciclos termodinâmicos. Uma usina termelétrica opera com uma máquina térmica ideal que realiza o ciclo de Carnot, trocando calor entre uma fonte quente a Tq = 600 K e uma fonte fria a Tf = 300 K. Sobre o rendimento e o funcionamento da máquina térmica, assinale a afirmativa correta.

  • A O rendimento da máquina térmica é 100% se a temperatura da fonte fria for zero Kelvin, pois, nesse caso, todo o calor é convertido em trabalho.
  • B O ciclo de Carnot é o ciclo mais eficiente possível para uma máquina térmica que opera entre duas temperaturas fixas, e o rendimento máximo é η = 1 − Tf/Tq.
  • C O rendimento máximo da máquina térmica depende apenas da diferença entre as temperaturas da fonte quente e da fonte fria, sendo dado pela razão Tq − Tf .
  • D O rendimento da máquina térmica é de 50%, pois a relação entre as temperaturas da fonte quente e fria determina que a metade do calor recebido é convertida em trabalho.

Física Física Térmica - Termologia | 2ª Lei da Termodinâmica - Ciclo de Carnot e Máquinas Térmicas


Prefeitura de Santana de Parnaíba - PEB II Física - MS CONCURSOS (2024)

As máquinas térmicas desempenham um papel fundamental na conversão de energia térmica em trabalho mecânico. Suponha-se que uma máquina térmica opere entre um reservatório quente a Tq = 500K e um reservatório frio a Tf = 300K. Durante um ciclo, ela realiza W = 500J de trabalho e rejeita Qf =1000J para o reservatório frio. Qual é a eficiência dessa máquina térmica?

  • A Aproximadamente 20,02%.
  • B Exatamente 25.55%.
  • C Aproximadamente 33,33%.
  • D Exatamente 47,77%.