PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 74 (CFS 2) da EEAR 2021

CFS 2 · Física: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica

– O Ciclo de Carnot, proposto no século XVIII pelo físico e engenheiro Nicolas Leonard Sadi Carnot, consiste em uma sequência de transformações gasosas, na qual uma máquina térmica, operando entre duas fontes térmicas, alcança rendimento máximo se operar em um ciclo totalmente reversível, independentemente da substância utilizada. Considerando o Ciclo de Carnot para um gás ideal, assinale a alternativa correta.

Gráfico da pressão P em função do volume V representando o Ciclo de Carnot percorrido no sentido horário através dos pontos 1, 2, 3 e 4, com isotermas nas temperaturas T1 e T2.

  1. A
    Entre os pontos 1 e 2 a energia interna do gás aumenta.
  2. B
    Entre os pontos 2 e 3 o gás cede calor para a fonte fria.
  3. C
    Entre os pontos 3 e 4 o gás rejeita calor para a fonte fria.
  4. D
    Entre os pontos 4 e 1 o gás recebe calor da fonte quente.
Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.
Reportar erro na questão
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Resolução comentada

O ciclo de Carnot tem duas isotermas e duas adiabáticas. Na figura, a curva de cima (2→3) está em T_1, a de baixo (4→1) está em T_2, e T_1 > T_2. O sentido é horário: 1→2→3→4→1.

Analisando cada trecho:

  1. 1→2: o volume diminui e a pressão aumenta, com curva mais inclinada que as isotermas. É uma compressão adiabática (Q=0). O gás recebe trabalho, e pela 1ª lei \Delta U = Q - W = -W > 0. A energia interna aumenta, e a temperatura sobe de T_2 para T_1.

  2. 2→3: expansão isotérmica em T_1 (fonte quente). Como \Delta U = 0, o gás realiza trabalho e recebe calor da fonte quente.

  3. 3→4: expansão adiabática, Q=0. O gás esfria de T_1 para T_2, sem trocar calor.

  4. 4→1: compressão isotérmica em T_2 (fonte fria). Como \Delta U=0, o trabalho recebido sai como calor cedido à fonte fria.

Conferindo as alternativas: (A) é verdadeira, pois a compressão adiabática aumenta U. (B) é falsa, pois em 2→3 o gás recebe calor. (C) é falsa, pois 3→4 é adiabática, sem troca de calor. (D) é falsa, pois em 4→1 o gás cede calor à fonte fria.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BEntre 2 e 3 a expansão é isotérmica na fonte quente, e o gás recebe calor, não cede.
  • CEntre 3 e 4 a transformação é adiabática, sem troca de calor; a rejeição ocorre em 4→1.
  • DEntre 4 e 1 a compressão isotérmica ocorre na fonte fria, e o gás cede calor, não recebe.

Assuntos: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica, Primeira lei da termodinâmica.

Reportar erro na resolução
O que está errado?
Sem cadastro: não guardamos quem enviou.
Ver como caiu na prova Questão 74 no caderno CFS 2 da EEAR 2021

Fonte: EEAR 2021 · CFS 2. Prova oficial ↗