Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica em Ciclos

Ciclos Termodinâmicos

Considere um gás ideal confinado dentro de um cilindro e um pistão, ambos com paredes diatérmicas, inicialmente em equilíbrio térmico. Realizamos um ciclo termodinâmico no qual primeiramente o pistão é rapidamente pressionado para que seu volume diminua até a metade. Em seguida ele entra em equilíbrio térmico com o exterior a volume constante e finalmente volta lentamente até o estado termodinâmico inicial. Marque a alternativa correta:

  1. Após um ciclo completo, a energia interna do gás aumentou.
  2. Este ciclo resulta em um trabalho efetuado pelo gás.
  3. A compressão sendo rápida, não houve trocas de calor durante o ciclo.
  4. Em algum momento do ciclo, a temperatura do gás desceu abaixo da temperatura inicial.
  5. No final de um ciclo, houve uma transferência de calor do gás para o exterior.

Passo 1

Pra matar essa questão, você vai ter que desenhar esse ciclo ai. Então, pegue seu lápis, e desenhe transformação por transformação. Você vai ver que vai ficar assim ó:

Vamos explicar isso ai:

A → B : Como foi dito que a compressão ocorreu muito rápido, isso é uma transformação adiabática. Uma compressão adiabática.

B → C : O resfriamento a volume constante que texto fala, até atingir a temperatura inicial

C → D : Após atingir a temperatura inicial, o enunciado disse que o sistema volta pro estado termodinâmico inicial. Mas se ele atingiu a temperatura inicial mas não tá no ponto inicial, qual curva que a gente precisa colocar pra fazer a conexão entre os pontos? Uma isoterma!!!!

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

Agora, vamos analisar uma por uma:

a): Falsa. Essa é bem rápida: Em um ciclo fechado, a variação da energia interna sempre é igual a zero:

∆ U = 0

b): Falsa. Na real, o sentido do ciclo diz tudo: ele é anti-horário. Então, na verdade isso é um refrigerador e uma força externa exerce trabalho sobre o sistema. A gente sabe disso da nossa teoria:

Ta vendo? Sentido anti-horário implica em um trabalho negativo, o que é próprio de refrigeradores.

Passo 3

c):Falsa. Na verdade, não faz sentido. Só podemos dizer que não houve troca de calor onde houve uma transformação adiabática.

Perceba que existe uma diferença em dizer que um ciclo possui uma transformação adiabática, como nesse ciclo temos a A B , e dizer que o ciclo todo é adiabático.

d):Falsa. Bom, a temperatura de C e A é a mesma já que eles estão em equilíbrio térmico. Então, resta saber sobre a temperatura de B .

Mas como B aparece depois de uma compressão, a gente espera que a temperatura seja acima da inicial, certo? Então, por isso que ta errada.

e): Verdadeira: Sim! Isso é próprio de um ciclo que representa um refrigerador, como a gente viu. E esse é um refrigerador, não é mesmo? Então, como é isso que os refrigeradores fazem: mandar calor pra fora, essa é a opção correta.

Resposta

e)

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