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Exercícios Resolvidos de Primeira Lei da Termodinâmica em Ciclos

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Enunciado

UFF – Física III – VS – 2022.1 – Q2

O “ciclo diesel”, mostrado na figura abaixo, representa o comportamento aproximado de um motor a diesel. A substância de trabalho desse motor pode ser considerada um gás ideal. O processo a → b é uma compressão adiabática, o processo b → c é uma expansão a pressão constante, o processo c → d é uma expansão adiabática e o processo d → a é um resfriamento a volume constante.

Com relação a esses processos, assinale a opção correta:

(A) No processo a→ b a energia interna do sistema não varia.

(B) No processo b→ c a energia interna do sistema diminui.

(C) No processo c→ d a energia interna do sistema diminui.

(D) No processo d→a a energia interna do sistema aumenta.

(E) No ciclo completo a variação da energia interna é positiva.

Passo 1

E aí, galerinha! Tudo na paz por aí?

Percebam que as alternativas sempre falam sobre energia interna, então vamos lembrar como ela se relaciona?

Δ U = Q - P Δ V

Do enunciado tiramos que:

a → b : Q = 0

b → c : P = c t e

c → d : Q = 0

d → a : V = c t e  

Vamos analisar agora cada alternativa

Passo 2

  1. O processo é adiabático, ou seja, não temos calor sendo trocado entre sistema e vizinhança, mas como a pressão e volume estão variando, temos que há variação de energia interna, logo essa alternativa é falsa.

    2. Passo 3

  2. O processo b → c é expansão a pressão constante.

    3. Ou seja, uma expansão indica pra gente que o volume final do sistema é maior que o inicial. Analisando Δ V = V f - V i , temos que Δ V > 0

    Portanto, uma vez que

    Δ U = Q - P Δ V

    Como Δ V > 0 poderíamos pensar que a energia interna diminui, porém não podemos afirmar isso definitivamente porque não sabemos o valor de Q , pois se Q > P Δ V , temos uma variação de energia interna ainda positiva. Portanto, essa alternativa é falsa.

    Passo 4

  3. O processo c → d é adiabático e sofre uma expansão. Como vimos no passo anterior, ter uma expansão indica que Δ V > 0 , e um sistema adiabático nos dá que Q = 0

Logo,

Δ U = - P Δ V

Aqui, necessariamente temos uma diminuição da energia interna, pois vemos que Δ U < 0 . Lembrando mais uma vez que: Δ U = U f - U i .

Portanto, se Δ U < 0 , temos que U i > U f , ou seja, a energia interna inicial é maior que a final. Assim temos que essa alternativa é verdadeira.

Podemos parar por aqui então, pois essa é nossa alternativa correta.

Resposta

(C)

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