Exercícios Sobre Máquinas Térmicas 7 Ano Com Gabarito

Exercícios Sobre Máquinas Térmicas 7 Ano Com Gabarito

Estes exercícios abordam o funcionamento básico das máquinas térmicas, um tema fundamental na física do ensino médio inicial. A ideia é ajudar os alunos a entender como a energia térmica se converte em trabalho mecânico, com questões que variam entre conceituais e calculadoras simples. 1. Uma máquina térmica funciona entre duas fontes de temperatura, absorvendo calor da fonte quente e rejeitando parte para a fonte fria. Qual é a função principal de uma máquina térmica? a) Converter trabalho em calor

b) Absorver calor e produzir trabalho c) Resfriar corpos sem produzir trabalho d) Gerar eletricidade diretamente

2. O ciclo de Carnot é considerado o ciclo ideal porque: a) Utiliza apenas líquidos como fluido de trabalho b) É reversível e atingi o máximo rendimento teórico possível

c) Não necessita de fonte fria d) Funciona sem variação de temperatura 3. Em uma máquina térmica real, o rendimento sempre será:

a) Igual a 100% b) Maior que o de Carnot c) Menor que o de Carnot

d) Independente das temperaturas 4. Qual componente recebe calor da fonte quente em uma máquina térmica? a) condensador

b) evaporador c) turbina d) compressor

5. O rendimento de uma máquina térmica é definido como: a) razão entre o trabalho produzido e o calor absorvido b) soma do trabalho com o calor rejeitado

c) diferença entre as temperaturas das fontes d) produto do calor absorvido pela temperatura absoluta

Questões Discursivas

6. Explique por que nenhuma máquina térmica pode atingir rendimento de 100%, mesmo em condições ideais. 7. Descreva o funcionamento de um motor de combustão interna, destacando as quatro fases do ciclo Otto. 8. Um engenheiro projeta uma máquina que opera entre 500 K e 300 K. Calcule o rendimento máximo teórico dessa máquina.

9. Por que o segundo princípio da termodinâmica limita o rendimento das máquinas térmicas? 10. Dê exemplos de máquinas térmicas presentes no cotidiano e explique como funcionam.

Questões de Cálculo

11. Uma máquina térmica absorve 1000 J da fonte quente e realiza 300 J de trabalho. Calcule seu rendimento. 12. Uma máquina opera com rendimento de 40% e absorve 800 J de calor. Qual é o trabalho realizado? 13. Se uma máquina rejeita 600 J e tem rendimento de 25%, calcule o calor absorvido da fonte quente.

14. Uma máquina de Carnot opera entre 600 K e 300 K. Qual é o seu rendimento? 15. Uma máquina térmica ideal opera entre 400 K e 200 K. Se absorve 1200 J, calcule o trabalho produzido.

Gabarito - Exercícios Sobre Máquinas Térmicas 7 Ano Com Gabarito

1. B 2. B 3. C

4. B 5. A 6. Porque é necessário rejeitar parte do calor para uma fonte fria, conforme o segundo princípio da termodinâmica. Nenhuma máquina pode converter integralmente calor em trabalho.

7. As fases são: admissão, compressão, combustão/expansão e exaustão. O ciclo Otto transforma energia química em trabalho mecânico através da explosão controlada. 8. = 1 - 300/500 = 1 - 0,6 = 0,4 ou 40% 9. Porque o calor não flui espontaneamente do frio para o quente, e sempre há perda de energia para o ambiente, limitando a conversão total em trabalho útil.

10. Carros (motor a explosão), usinas termelétricas, geladeiras (ciclo reverso). Cada uma converte calor em trabalho ou transporte de calor contra o gradiente natural. 11. = 300/1000 = 0,3 ou 30% 12. W = 0,4 × 800 = 320 J

13. Q1 = Q2/(1-) = 600/0,75 = 800 J 14. = 1 - 300/600 = 0,5 ou 50% 15. = 1 - 200/400 = 0,5. W = 0,5 × 1200 = 600 J

Observações Para o Professor

Na prática, percebi que alunos frequentemente confundemcom a fonte quente (hot reservoir) com a própria máquina. Usei uma analogia com uma rodovia: o calor é o carro, a máquina é o pedágio que cobra trabalho, e a fonte fria é o destino final onde o carro precisa chegar para liberar espaço. Isso ajuda a visualizar o fluxo energético sem abstrações excessivas. Outro ponto: alunos tendem a achar que rendimento alto significa "máquina boa". É importante destacar que máquinas reais nunca superam Carnot, e que eficiência energética e rendimento teórico são conceitos diferentes. Uma máquina de 90% de eficiência energética pode ter rendimento térmico baixo, mas aprovechar melhor o combustível disponível. Para fixação, sugiro que os alunos resolvam primeiro as questões conceituais (1 a 5) e só depois as calculadoras. A dificuldade aumenta gradualmente, evitando frustração prematura.