UEMG 2015 — questão 18 de Física
Enunciado em texto
Um rio sempre corre de uma parte mais alta para uma mais baixa. Suas águas perdem energia potencial gravitacional e ganham energia cinética. Parte dessa energia cinética transforma-se em energia térmica. “Um dia escrevi que com as perdas só há um jeito: perdê-las.” (LUFT, 2014, p. 72)
Os processos de transformação de energia são estudados pelas leis da Termodinâmica.
Sobre esses processos de transformação, são feitas três afirmações:
Situação 1: 100 J de energia cinética são transformados em 100 J de energia térmica.
Situação 2: 100 J de energia potencial gravitacional são transformados em 80 J de energia cinética e 20 J de energia térmica.
Situação 3: 100 J de energia térmica são transformados em 100 J de energia cinética.
Das 3 situações, viola (violam) a Segunda Lei da Termodinâmica
A) apenas a situação 1.
B) apenas a situação 2.
C) apenas a situação 3.
D) as três situações.
(Enunciado: Processo Seletivo UEMG 2015 — Universidade do Estado de Minas Gerais.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado de Minas Gerais (UEMG).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual das transformações de energia é proibida pela 2ª lei da Termodinâmica.
Passo 1 — a 1ª lei não decide. Nas três situações a energia se conserva (100 J viram 100 J no total). Então nenhuma viola a 1ª lei; a diferença está na qualidade da energia, assunto da 2ª lei.
Passo 2 — o que diz a 2ª lei. Energia organizada (cinética, potencial) pode virar energia térmica integralmente: é o que o atrito faz o tempo todo. O caminho inverso tem limite: nenhuma máquina, operando em ciclos, transforma integralmente calor em trabalho (enunciado de Kelvin-Planck); sempre uma parte do calor tem de ser rejeitada para um ambiente mais frio. Em termos de entropia: a energia térmica é desordenada, e convertê-la toda em movimento organizado diminuiria a entropia sem nenhuma compensação.
Passo 3 — situação a situação.
Situação 1: cinética virando térmica por inteiro. É o que acontece quando um carro freia ou quando a água do rio se agita e esquenta. Permitido.
Situação 2: potencial virando parte cinética, parte térmica. É o próprio rio do texto descendo. Permitido.
Situação 3: 100 J de energia térmica virando 100 J de energia cinética, rendimento de 100%. Isso a 2ª lei proíbe. Viola.
⚠️ A armadilha: achar que, como a energia total se conserva em todas, nenhuma viola lei alguma, ou que qualquer “perda” para energia térmica é uma violação (marcando A, B ou D). Perder energia para o calor é o processo natural; o proibido é recuperá-la toda.
A ideia em uma frase: energia mecânica pode virar calor por inteiro, mas calor nunca vira trabalho por inteiro: essa assimetria é a 2ª lei.
Resposta: alternativa C (apenas a situação 3).
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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