Exercícios Tema 3 - Trabalho e Calor 2

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A
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D
E
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(Ex 4.31FE, p. 121 - POTTER, M. C., SCOTT, E. P. Ciências Térmicas: termodinâmica,
mecânica dos fluidos e transmissão de calor. Tradução Alexandre Araújo, et al; revisão
técnica Sérgio Nascimento Bordalo. São Paulo: Thomson Learning, 2007) O termo
 na equação de volume de controle ,ṁ Δ h Q̇ − Ẇútil = ṁ Δ h
Leva em consideração a taxa de variação de energia em um volume de
controle.
Representa a taxa de variação de energia entre a saída e a entrada.
Frequentemente é desprezado em aplicações de volume de controle.
Se aplica a sistemas adiabáticos e reversíveis.
Inclui a taxa de trabalho de escoamento em virtude das forças de pressão.
Resposta incorreta
Opa! A alternativa correta é a letra E. Confira o gabarito comentado!
Gabarito Comentado
O termo na equação de volume de controle inclui a taxa de trabalho de
escoamento em virtude das forças de pressão. Isso é derivado da formulação da
primeira lei da termodinâmica para o volume de controle, que leva em consideração
o trabalho de escoamento . Quando este trabalho de escoamento é somado à
energia interna, resulta na entalpia h que aparece na equação de balanço de
energia. Em operações em regime permanente, as propriedades não variam com o
tempo, portanto a taxa de variação de energia no volume de controle é zero.
ṁ Δ h
pv
2 Marcar para revisão
Em um processo, 300 kJ de energia são fornecidos para a expansão isotérmica de um
gás ideal. Nesse processo, o trabalho de expansão realizado pelo gás e a variação da
Questão 1 de 10
Corretas (9)
Incorretas (1)
Em branco (0)
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
Lista de exercícios Trabalho e Calor Sair
A
B
C
D
E
A
B
C
D
E
energia interna do gás são, respectivamente, iguais a
300 kJ e 0 kJ
-300 kJ e 300 kJ
0 kJ e -300 kJ
-600 kJ e 0 kJ
-600 kJ e 300 kJ
Resposta correta
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Gabarito Comentado
Para gás ideal: $U = U(T)$ Como a expansão é isotérmica: $dU = 0$ Da 1ª lei da
termodinâmica: $dU = δq - δw \Rightarrow q = w = 300 kJ$
3 Marcar para revisão
(Petrobras / 2018) Um sistema termodinâmico está submetido a um ciclo composto por
três processos. No primeiro, o sistema recebe 40 kJ de calor e executa um trabalho de
40 kJ. No segundo processo, são rejeitados pelo sistema 120 kJ de calor, porém a
variação da energia interna é nula. No terceiro processo, 20 kJ de calor são retirados do
sistema.
No terceiro processo descrito no texto, é realizado um trabalho de
20 kJ pelo sistema.
35 kJ sobre o sistema.
20 kJ sobre o sistema.
35 kJ pelo sistema.
40 kJ pelo sistema.
Resposta correta
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A
B
C
D
E
Gabarito Comentado
Gabarito: 20 kJ sobre o sistema.
Justificativa: 1ª lei para processo cíclico - convenções de sinais.
Para um processo cíclico: 
Para o segundo processo com 
Então:
Logo:
O sinal negativo indica que esse trabalho é recebido pelo sistema.
∮ δq = ∮ δw
dU = 0 : w = q = −100kJ
4 Marcar para revisão
(Petrobras / 2018) Um sistema termodinâmico está submetido a um ciclo composto por
três processos. No primeiro, o sistema recebe de calor e executa um trabalho de
. No segundo processo, são cedidos de calor, porém a energia interna é
constante. No terceiro processo, de calor são retirados do sistema.
Com base nas informações do texto, é correto afirmar que, durante o ciclo, a variação
total de energia interna é
40kJ
40kJ 120kJ
20kJ
0 kJ.
+10 kJ.
-15 kJ.
-100 kJ.
140 kJ.
Resposta correta
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Gabarito Comentado
A resposta correta é 0 kJ. Isso se deve ao fato de que, em um ciclo termodinâmico,
a variação total de energia interna é sempre zero. Isso ocorre porque a energia
interna é uma variável de estado, o que significa que seu valor depende apenas do
estado atual do sistema, não do caminho que o sistema tomou para chegar a esse
estado. Portanto, após um ciclo completo, o sistema retorna ao seu estado original,
e a variação total de energia interna é zero. No primeiro processo, o sistema recebe
e executa a mesma quantidade de energia, mantendo a energia interna constante.
No segundo processo, apesar da cedência de calor, a energia interna permanece
constante. No terceiro processo, o calor é retirado, mas a energia interna não é
A
B
C
D
E
alterada, mantendo a variação total de energia interna igual a zero ao longo do
ciclo.
5 Marcar para revisão
(Petrobras / 2018) Considerando que os estados final e inicial de uma transformação
com um gás ideal possuam a mesma energia interna, é correto afirmar que
A transformação é isocórica.
As temperaturas dos estados inicial e final são iguais.
Não ocorreu troca de trabalho entre o gás e o meio.
Não houve troca de calor entre o gás e o ambiente.
A transformação é isobárica.
Resposta correta
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Gabarito Comentado
A alternativa correta é a B, que afirma que as temperaturas dos estados inicial e
final são iguais. Isso ocorre porque, para um gás ideal, a energia interna depende
apenas da temperatura. Portanto, se a energia interna é a mesma nos estados inicial
e final, isso significa que as temperaturas nesses estados também são iguais.
Isso pode ser expresso matematicamente como: \(U=U(T)\), onde U é a energia
interna e T é a temperatura. Em um processo isotérmico, a variação da energia
interna é zero, ou seja, \(dU=0\), o que implica que a energia interna é constante.
De acordo com a primeira lei da termodinâmica, a variação da energia interna é
igual à diferença entre o calor trocado e o trabalho realizado pelo sistema: \(dU=δq-
δw\). Portanto, se a energia interna é constante, o calor trocado é igual ao trabalho
realizado: \(δq=δw\).
Em uma transformação isocórica, o calor trocado é igual à variação da energia
interna: \(q=∆U\). Em uma transformação isobárica, o calor trocado é igual à
variação da entalpia: \(q=∆H\).
6 Marcar para revisão
Ao se analisar a transferência de energia entre um sistema termodinâmico e sua
vizinhança, é fundamental distinguir os modos de energia transferida. O calor é
identificado quando a transferência se dá devido a um gradiente de temperatura,
promovendo um aumento do movimento caótico das partículas. Já o trabalho está
associado a um movimento organizado das partículas, como a elevação de um peso ou
o movimento de um êmbolo. Ambas as formas de energia fluem através da fronteira do
A
B
C
D
E
A
B
C
sistema, não sendo propriedades armazenadas no sistema, e são dependentes do
sentido e do processo.
Em relação às formas de transferência de energia em sistemas fechados, assinale a
alternativa que apresenta corretamente uma característica do trabalho, segundo a
análise termodinâmica apresentada no material.
O trabalho é uma forma de energia armazenada internamente no sistema, tal
como a energia interna.
A energia transferida na forma de trabalho depende exclusivamente do estado
inicial e final do sistema.
O trabalho está associado a um movimento aleatório das partículas e ocorre
apenas com troca de calor.
O trabalho é uma forma de energia que cruza a fronteira do sistema e depende
do caminho percorrido.
O trabalho ocorre apenas em sistemas abertos, onde há fluxo de massa
associado à energia de escoamento.
Resposta correta
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Gabarito Comentado
O trabalho, assim como o calor, não é uma propriedade de estado, ou seja, não
pode ser armazenado no sistema. Ele depende do processo (ou caminho) e ocorre
na fronteira do sistema. Enquanto o calor é motivado por diferença de temperatura,
o trabalho resulta de interações organizadas(como forças mecânicas ou elétricas).
Portanto, a alternativa correta é a que reconhece o trabalho como uma forma de
energia que atravessa a fronteira e depende do caminho.
7 Marcar para revisão
(KROOS, K. A., POTTER, M. C. Termodinâmica para Engenheiros. Tradução da 1ª edição
norte americana; revisão técnica Fernando Guimarães Aguiar. São Paulo: Cengage
Learning, 2015. Pag. 153.) A primeira lei aplicada ao escoamento em regime permanente
de água através de uma bomba isolada termicamente, desprezando-se as variações e
perdas de energia cinética e potencial, é representada por qual equação?
Ẇ bomba = ṁ(h2 − h1)
−Ẇ bomba = ṁ(h2 − h1)
Ẇ bomba = ṁ(u2 − u1)
D
E
A
B
C
D
E
Ẇ bomba = ṁ ∙ Δp ∙ v
Ẇ bomba = ṁ ∙
Δp
ρ
Resposta correta
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Gabarito Comentado
Gabarito: 
 Justificativa: 1ª lei volume de controle.
1ª lei da termodinâmica aplica à bomba:
Conforme enunciado:
Logo:
Ẇ bomba = ṁ(h2 − h1)
8 Marcar para revisão
(Petrobras / 2018) Um conjunto cilindro-pistão tem um volume de e equilibra
uma massa de 10 kg. Transfere-se calor para esse cilindro até que seu volume chegue a
. Desconsiderando a pressão atmosférica, sabe-se que o trabalho realizado pelo
sistema é de . Nessas condições, qual é a área do pistão, em ? Dado:
0, 5m3
0, 7m3
500N ⋅ m m2
g = 10m/s2
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
Resposta correta
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Gabarito Comentado
Gabarito: 0,04
Justificativa:
A
B
C
D
E
9 Marcar para revisão
(Fundação Carlos Chagas / 2007) Uma caixa, com isolamento perfeito, contendo um
gás, é mostrado na figura abaixo.
Fechando-se a chave S, verifica-se que o trabalho será nulo se o sistema considerado
for
o gás e placa.
a placa.
a caixa.
a bateria.
o gás.
Resposta correta
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Gabarito Comentado
Gabarito: o gás.
Justificativa: sistema
Para um sistema fechado não existe escoamento e nem expansão de volume.
Portanto, se o sistema for o gás, o trabalho será considerado zero. O gás receberá a
energia da placa de aquecimento na forma de calor, que por sua vez foi alimentada
com o trabalho elétrico da bateria.
10 Marcar para revisão
O vapor de água executa o ciclo 1-2-3-4-1.
A
B
C
D
E
Qual é a quantidade de calor introduzida no sistema para a realização do ciclo?
0 kJ/kg
51,6 kJ/kg
105 kJ/kg
127 kJ/kg
153 kJ/kg
Resposta correta
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comentado!
Gabarito Comentado
Gabarito: 153 kJ/kg
Justificativa:
Para o ciclo: 
O trabalho é igual numericamente a área interna ao ciclo.
Da tabela de dados termodinâmicos:
Então, para o ciclo:
∮ δq = ∮ δw