Termodinâmica · IME

Termodinâmica: questões do IME

22 questões de Termodinâmica (Física) no IME (2007–2026). Treine de graça com correção e comentário.

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Questões de Termodinâmica no IME

22 no total

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IME20261a faseQuestao 18FísicaTermodinâmicaDificil

Considere duas máquinas térmicas onde a potência de acionamento de um ciclo de refrigeração é obtida integralmente através da potência disponibilizada por um ciclo motor. Dados: • temperatura de fonte quente do ciclo motor: 727 °C; • temperatura de fonte fria do ciclo motor: 27 °C; • temperatura de fonte quente do ciclo de refrigeração: 27 °C; • taxa de calor recebido da fonte quente no ciclo motor: 800 kJ/min; • taxa de calor rejeitado do ciclo de refrigeração para a fonte quente: 5040 kJ/min. Observação: • admita que os dois ciclos são compostos por processos termodinamicamente reversíveis. No contexto das informações acima, a temperatura da fonte fria do ciclo de refrigeração, em °C, é:

A) $- \frac{1}{3}$
B) $\frac{9}{2}$
C) $\frac{22}{3}$
D) $- \frac{19}{3}$
E) $- \frac{5}{2}$

IME20241a faseQuestao 16FísicaTermodinâmicaDificil

Um projétil de chumbo está a uma temperatura de

175^{\circ}

C quando atinge uma parede e nela se aloja. Considere que

25%

da energia cinética do projétil imediatamente antes da colisão permaneça nele como energia interna. Dados: calor específico do chumbo

= 125

J/(kg

\cdot^{\circ}

C); temperatura de fusão do chumbo

= 327^{\circ}

C; calor latente de fusão do chumbo

= 26000

J/kg. Se a energia interna que permanece após o projétil atingir a parede é justamente a mínima para que ocorra a fusão total do chumbo, a velocidade do projétil imediatamente antes da colisão, em m/s, é:

A) $30$
B) $150$
C) $400$
D) $450$
E) $600$

IME20241a faseQuestao 20FísicaTermodinâmicaMedia

Dois gases perfeitos,

G_{1}

G_{2}

, estão contidos em recipientes rígidos, separados por um êmbolo que se move sem atrito por um tubo longo de área de seção transversal

S

, conforme a figura. Cada um dos gases possui volume inicial

V

, a uma temperatura de

27^{\circ}

C. Considere a seguinte transformação isobárica do conjunto: a temperatura de

G_{1}

aumenta

100^{\circ}

C e a de

G_{2}

diminui

100^{\circ}

C. A expressão que representa o deslocamento

x

do êmbolo até o novo ponto de equilíbrio é:

Imagens anexadas

A) $\frac{2 V}{3 S}$
B) $\frac{3 V}{2 S}$
C) $\frac{V}{2 S}$
D) $\frac{V}{3 S}$
E) $\frac{V}{6 S}$

IME20241a faseQuestao 21FísicaTermodinâmicaDificil

Inicialmente, um poste, fabricado com material de coeficiente de dilatação volumétrica

γ

, tem as dimensões indicadas na figura (um trecho vertical de comprimento

L

com extremidade inferior

A

fixa, e um braço horizontal de comprimento

\frac{L}{4}

no topo, terminando no ponto

B

). Ao ser submetido a um aumento de temperatura

T

, o ponto

B

é deslocado de:

Imagens anexadas

A) $\frac{17 γ T L}{4}$
B) $\frac{5 γ T L}{12}$
C) $\frac{17 γ T L}{21}$
D) $\frac{17 γ T L}{12}$
E) $\frac{γ T L}{4}$

IME20231a faseQuestao 22FísicaTermodinâmicaMedia

Considere uma parede plana que apresenta temperaturas conhecidas e distintas em suas superfícies A e B (Figura 1), respectivamente iguais a

T_{A 1}

T_{B 1}

. De modo a minimizar a taxa de transferência de calor, decide-se recobrir a superfície B com uma película isolante (Figura 2). Dados: espessura da parede

10 cm

; espessura da película isolante

6 mm

; razão entre a taxa de transferência de calor da parede recoberta com a película isolante e a taxa de transferência de calor na situação não isolada

0, 4

. Observações: com o recobrimento da superfície B (Figura 2), suponha as temperaturas externas iguais a

T_{P}

(lado da película) e a

T_{A 2}

; a taxa de transferência de calor é constante ao longo das paredes nas duas situações. Para garantir-se

T_{B 1} - T_{A 1} = T_{P} - T_{A 2}

, a razão entre as condutividades térmicas da película isolante e do material da parede é:

Imagens anexadas

A) $0, 04$
B) $0, 06$
C) $0, 40$
D) $0, 60$
E) $0, 80$

IME20221a faseQuestao 28FísicaTermodinâmicaDificil

Um engenheiro elabora um anteprojeto de uma usina termelétrica que opera segundo um ciclo termodinâmico e avalia as afirmativas a seguir. I. Se a temperatura da fonte fria for de

300

K e o ciclo apresentar rendimento real correspondente a

75%

do rendimento do Ciclo de Carnot, então a temperatura da fonte quente nas condições de projeto será de

750

K. II. A taxa de transferência de calor para a fonte fria nas condições de projeto será de

\frac{55}{3}

MW. III. Nas condições de projeto, o consumo de carvão necessário para garantir o funcionamento ininterrupto da usina durante uma semana será de

560

toneladas. Condições de projeto: rendimento do ciclo

= 45%

; calor de combustão do carvão

= 36

kJ/g; potência disponibilizada pela usina

= 15

MW. Diante do exposto, está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A)I, apenas.
B)II, apenas.
C)I e III, apenas.
D)I e II, apenas.
E)I, II e III.

IME20211a faseQuestao 20FísicaTermodinâmicaMuito dificil

Analise as afirmativas abaixo, referentes ao funcionamento de duas máquinas de Carnot, em que uma é ciclo motor e a outra, ciclo de refrigeração.

1

: Levando em conta as temperaturas dos reservatórios térmicos e supondo que

80%

da potência disponibilizada do ciclo motor seja empregada para o acionamento do ciclo de refrigeração, a quantidade de calor removida da fonte fria nesse ciclo será

120

kJ/min.

2

: Considerando apenas o ciclo motor, se a temperatura da fonte fria for duplicada e, simultaneamente, a temperatura da fonte quente for quadruplicada, o motor térmico violará a Segunda Lei da Termodinâmica.

3

: Se a temperatura da fonte quente do ciclo motor for modificada para

500

K, a quantidade máxima de calor removido da fonte fria do ciclo de refrigeração terá o mesmo valor numérico do apresentado na Afirmativa

1

. Dados:

∙

temperaturas, respectivamente, da fonte quente e da fonte fria do ciclo motor:

600

K e

300

∙

temperaturas, respectivamente, da fonte quente e da fonte fria do ciclo de refrigeração:

300

K e

268

K; e

∙

calor adicionado à máquina térmica do ciclo motor:

\frac{2400}{67}

kJ/min. Considerando que a operação do refrigerador térmico é efetuada pela potência disponibilizada pelo motor térmico, está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A) $1$ , apenas.
B) $2$ , apenas.
C) $3$ , apenas.
D) $1$ e $3$ , apenas.
E) $1$ , $2$ e $3$ .

IME20201a faseQuestao 25FísicaTermodinâmicaDificil

Um escritório de patentes analisa as afirmativas de um inventor que deseja obter os direitos sobre três máquinas térmicas reais que trabalham em um ciclo termodinâmico. Os dados sobre o calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho produzido pela máquina térmica — ambos expressos em Joules — encontram-se na tabela abaixo. Máquina Térmica | Calor Rejeitado [J] | Trabalho Produzido [J] A | 40 | 60 B | 15 | 30 C | 8 | 12 As afirmativas do inventor são: Afirmativa 1: O rendimento das máquinas A e C são os mesmos para quaisquer temperaturas de fonte quente e de fonte fria. Afirmativa 2: As máquinas A, B e C obedecem à Segunda Lei da Termodinâmica. Afirmativa 3: Se o calor rejeitado nas três situações acima for dobrado e se for mantida a mesma produção de trabalho, a máquina B apresentará rendimento superior aos das máquinas A e C, supondo atendidos os princípios da termodinâmica. Tomando sempre as temperaturas dos reservatórios das fontes quente e fria das máquinas como

900 K

300 K

, está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s):

A) $1$ , apenas.
B) $2$ , apenas.
C) $1$ , $2$ e $3$ .
D) $1$ e $3$ , apenas.
E) $2$ e $3$ , apenas.

IME20181a faseQuestao 21FísicaTermodinâmicaDificil

Considere as afirmações abaixo, relativas a uma máquina térmica que executa um ciclo termodinâmico durante o qual há realização de trabalho. Afirmação I. Se as temperaturas das fontes forem 27 °C e 427 °C, a máquina térmica poderá apresentar um rendimento de 40%. Afirmação II. Se o rendimento da máquina for 40% do rendimento ideal para temperaturas das fontes iguais a 27 °C e 327 °C e se o calor rejeitado pela máquina for 0,8 kJ, o trabalho realizado será 1,8 kJ. Afirmação III. Se a temperatura de uma das fontes for 727 °C e se a razão entre o calor rejeitado pela máquina e o calor recebido for 0,4, a outra fonte apresentará uma temperatura de −23 °C no caso de o rendimento da máquina ser 80% do rendimento ideal. Está(ão) correta(s) a(s) seguinte(s) afirmação(ões):

A)I, apenas.
B)I e II, apenas.
C)II e III, apenas.
D)I e III, apenas.
E)III, apenas.

IME20171a faseQuestao 16FísicaTermodinâmicaMedia

Um meteorologista mediu por duas vezes em um mesmo dia a umidade relativa do ar e a temperatura do ar quando estava em um pequeno barco a remo no meio de um grande lago. Os dados encontram-se na tabela a seguir: Medida | Período do dia | Umidade relativa | Temperatura do ar 1 | Manhã | 40% | 300 K 2 | Tarde | 70% | 300 K Diante do exposto, a razão entre as taxas de evaporação de água do lago calculadas na primeira e na segunda medida de umidade relativa do ar é:

A) $\frac{16}{13}$
B) $\frac{17}{14}$
C)2
D) $\frac{7}{4}$
E)4

IME20171a faseQuestao 17FísicaTermodinâmicaFacil

Um gás ideal e monoatômico contido em uma garrafa fechada com

0, 1 m^{3}

está inicialmente a

300

K e a

100

kPa. Em seguida, esse gás é aquecido, atingindo

600

K. Nessas condições, o calor fornecido ao gás, em kJ, foi:

A)5
B)10
C)15
D)30
E)45

IME20171a faseQuestao 23FísicaTermodinâmicaMedia

Deseja-se minimizar a taxa de transferência de calor em uma parede feita de um determinado material, de espessura conhecida, submetida a um diferencial de temperatura. Isso é feito adicionando-se uma camada isolante refratária de

15%

da espessura da parede, de forma que cuidadosas medidas experimentais indicam que a taxa de transferência de calor passa a ser

40%

em relação à situação original. Supondo que o diferencial de temperatura entre as extremidades livres da parede original e da parede composta seja o mesmo, pode-se afirmar que a condutividade térmica do material refratário é numericamente igual a:

A) $10%$ da condutividade térmica do material da parede.
B) $15%$ da condutividade térmica do material da parede.
C) $4, 5%$ da condutividade térmica do material da parede.
D) $22, 22%$ da condutividade térmica do material da parede.
E) $33, 33%$ da condutividade térmica do material da parede.

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