Exercícios sobre a Segunda lei da Termodinâmica ( Máquinas térmicas, Motor térmico e rendimento ) para o ensino médio com respostas

01) O motor térmico de um automóvel é alimentado por um combustível cujo valor de
combustão é de 11000 kcal/L. Esse motor está funcionando com rendimento de 30% e
produzindo uma potência útil de 30 HP. Considere: 1 HP = 746 W e 1 cal = 4,2 J.

a) Qual é a potência total fornecida a esse motor?

Resolução:

Na expressão do rendimento, dado pela relação entre  a potência útil e a total, obtendo 
a potência total do motor:

b) Quantos litros de combustível esse motor consome em uma hora?

O total de energia consumida pelo motor em 1 hora  ( 3600 s), em joule, é dado por:

∆E = p .∆t

∆E = 100. 746 . 3600

∆E = 2,7. 10⁸ J

Como o combustível fornece 11.000 kcal por litro e 1 cal = 4,2J, a quantidade de litros 

de combustível consumida em 1 h é obtida na proporção:

1 L = 11.000 . 10³ . 4,2 J

03) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de 

outro sistema. no caso, a energia armazenada no combustível é, em parte liberada 

durante a combustão para que o aparelho possa funcionar. Quando o motor funciona, 

parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para 

realização de trabalho. isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

       

De acordo com com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o

funcionamento do motor são decorrentes de a:

a)  liberação de calor dentro do motor ser impossível.

b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.

c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.

d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.

e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável

04) Os barcos a motor utilizam como combustível óleo diesel ou gasolina, conforme as 

características do motor. Esses motores aproveitam a energia da queima do combustível 

dentro de câmaras e por isso são denominadas motores de combustão interna. Eles 

transformam calor em trabalho e sempre sofrem um aquecimento.

De acordo com o texto, julgue as afirmativas.

I - É possível um motor de combustão interna apresentar rendimento de 100%.

II - Como os motores sofrem um aquecimento, o calor não é convertido integralmente em trabalho mecânico.

III - Um motor que recebe 250 cal de calor ( 1 cal = 4 J ) e realiza um trabalho de 250 J tem rendimento de 25%.

Podemos afirmar que somente está(ão) correta(s):

a) I.

b) II.

c) III.

d) I e II.

e) II e III.

05)  Um fabricante declara que a potência máxima de determinado modelo de automóvel 

é  45 KW ( 60 HP ) com o motor girando a 6000 rotações por minuto.

a) Qual é a energia útil liberada por esse motor a cada volta?

b) Se com a potência máxima o carro mantém uma velocidade constante, em um trecho 

plano horizontal da estrada, a 30 m/s ( 108 km/h), qual é a intensidade das forças resistivas 

ao movimento dele?

c) se a aerodinâmica do veículo fosse aprimorada de forma que a resistência do ar 

diminuísse, o que mudaria no desempenho desse veículo?

06) Um caminhão, carregado, com massa de 20 toneladas ( caminhão + carga ), está 

subindo uma ladeira com ângulo de inclinação x, tal que sen x = 0,1, e com velocidade 

constante de 10 m/s ( 36 km/h).

a) desprezando as forças dissipadas no movimento do caminhão, obtenha a potência útil 

desse motor.

b) Considerando o rendimento do conjunto motor + transmissão como 30%, qual é a 

potência total?

c) nessa situação, qual é o consumo em quilômetro por litro do caminhão?

07) um motor térmico, operando em ciclos, executa 10 ciclos por segundo. Em cada ciclo 

recebe 800 J da fonte quente e cede 600 J à fonte fria.

a) Qual é a energia útil que se obtém desse motor a cada ciclo?

b) Qual é a potência útil desse motor?

c) Qual é o rendimento da máquina?

08) Para um modelo de automóvel de 1.0, a montadora declara que a potência máxima é 

72 cv com o motor girando a 5250 rotações por minuto ( rpm).

a) qual é a energia útil liberada por esse motor a cada volta?

b) Supondo que o rendimento do motor seja de 28%, qual a quantidade de energia térmica 

fornecida ao motor?

c) Qual a quantidade de energia térmica dispensada pelo motor?

d) Qual a potência do motor em HP?

Respostas:

03) c

04) b

05)  a) 450 J   

       b) 1,5. 10³ N

       c) Diminuiria a intensidade das forças resistivas, em cada velocidade, reduzindo

           o consumo e proporcionando um valor de velocidade máxima maior.

06) a) 2,0 . 10⁵ W = 270 hp   
      b) 8 . 10⁸ W

07) a) 200J    
  
      b) 200 W      
     
      c) 25%