Qual a grandeza física que mede a quantidade de energia transferida por unidade de tempo quando uma máquina realiza uma atividade?

A condutividade térmica consiste numa grandeza física que mede a capacidade de uma substância conduzir o calor. Permite distinguir os bons dos maus condutores de calor e pode ser definida como a energia transferida sob a forma de calor e por segundo, através de uma superfície com 1 m2 de área e 1 m de espessura, quando a diferença de temperaturas entre as duas faces dessa superfície é de 1 K.
A condutividade térmica representa a taxa temporal de transmissão de energia, sob a forma de calor, através de um material. Exprime-se no Sistema Internacional (SI) em watt por metro e por kelvin (W/(mK)).
Quanto maior for a condutividade térmica de um material, melhor condutor ele é.
A quantidade de energia transferida, sob a forma de calor (Q), por um material, num dado intervalo de tempo (Δt) pode ser dada pela seguinte expressão: Q/Δt = K A (Tsuperior-Tinferior)/L, onde K é a condutividade térmica do material, A a espessura do material e T a temperatura.

Esta lista de exercícios trata sobre a entropia, uma grandeza física que mede a aleatoriedade de um sistema.

Publicado por: Rafael Helerbrock em Exercícios de Física

Questão 1

Assinale a alternativa que apresenta a unidade de medida de entropia, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades:

a) cal/ºC

b) J/K

c) cal/J

d) W/m

e) cal/gºC

ver resposta

Questão 2

Durante um processo espontâneo, podemos afirmar que a entropia de um sistema termodinâmico:

a) sempre diminui.

b) permanece constante.

c) aumenta até um valor máximo.

d) diminui até chegar a zero.

e) aumenta e depois diminui até chegar a zero.

ver resposta

Questão 3

Durante uma transformação reversível e isotérmica a 25 ºC, a variação de entropia de um sistema termodinâmico foi de 20 cal/ºC. Determine a quantidade de calor trocada entre o sistema e o meio externo.

a) 0,8 cal

b) 0,25 cal

c) 500 cal

d) 20 cal

e) 30 cal

ver resposta

Questão 4

À medida que a entropia de um sistema termodinâmico aumenta:

a) seu grau de aleatoriedade diminui à mesma medida.

b) sua temperatura aumenta.

c) sua pressão diminui.

d) seu grau de aleatoriedade aumenta à mesma medida.

e) sua energia interna aumenta à mesma medida.

ver resposta

Respostas

Resposta Questão 1

Letra B

Como a entropia é dada pela razão do calor transferido na transformação isotérmica pela temperatura absoluta, sua unidade, de acordo com o Sistema Internacional de Unidades, é o Joule por Kelvin (J/K).

voltar a questão

Resposta Questão 2

Letra C

Em todo processo espontâneo, há somente aumento da entropia. Nesses processos os sistemas sempre aumentam o seu grau de aleatoriedade. Nos processos reversíveis, entretanto, a entropia permanece constante.

voltar a questão

Resposta Questão 3

Letra C

Para calcularmos a quantidade de calor transferida durante esse processo, utilizamos a seguinte fórmula:

Tomando os dados fornecidos pelo enunciado do exercício, faremos o seguinte cálculo:

voltar a questão

Resposta Questão 4

Letra D

Junto ao aumento de entropia em um sistema termodinâmico, também ocorre o aumento do grau de aleatoriedade de um sistema, portanto, a alternativa correta é a letra D.

voltar a questão

Leia o artigo relacionado a este exercício e esclareça suas dúvidas

Potência é a medida do quão rápido uma tarefa é realizada, ou, a quantidade de tarefas que são realizadas em um intervalo de tempo.

Na física, o conceito de potência relaciona a quantidade de energia que é consumida, ou fornecida, para realizar essas tarefas, e o tempo que foi utilizado.

Se duas máquinas realizam o mesmo trabalho e, umas delas o faz na metade do tempo, a mais rápida é a mais potente. Se duas máquinas trabalham a mesma quantidade de tempo e, uma delas produz o dobro, a máquina que mais produziu, é a mais potente.

A potência é o resultado da divisão entre o trabalho e o intervalo de tempo utilizado para realizar esse trabalho, sendo, uma grandeza escalar, ou seja, não é preciso definir direção e sentido.

Fórmula da potência média

Onde:
T é o trabalho, medido em J (joules);
, medido em s (segundos).

Como a quantidade de trabalho, ou seja, energia, utilizada ou fornecida, pode variar durante o intervalo de tempo, a fórmula acima fornece a potência média.

Unidade de potência

No sistema internacional (SI), a unidade de trabalho é o joule (J) e, o tempo o segundo (s). Por isso, a unidade de potência é o J/s, uma medida tão importante que recebeu um nome especial, o watt (W), em homenagem a James Watt, inventor, matemático e engenheiro. Tido por muitos como precursor da revolução industrial, James Watt aperfeiçoou a máquina a vapor e, posteriormente, patenteou seu próprio motor, além de tantas outras contribuições.

Outro conceito desenvolvido por James Watt foi o HP (Cavalo de Força, do inglês Horse-Power), ou CV(cavalo-vapor).

É comum nos depararmos com outras formas de representar potência, como com os múltiplos kW(1 000 W) e MW(1 000 000 W), comumente usados em fornecimento de energia elétrica.

Em pé-libra-segundo, 1 watt é expresso como:

Potência de uma força constante em um deslocamento

A potência é expressa por:

Uma força F, realiza um trabalho sobre um corpo, deslocando-o de um ponto A para um ponto B. O trabalho realizado pela força F ao deslocar o corpo pode ser calculado da seguinte forma:

Onde:
F é uma força constante, medida em Newtons (N).
d é o deslocamento, medido em metros (m).
cos θ é o cosseno do ângulo θ. (ângulo formado entre as direções da força e do movimento)

Potência de uma força em função da velocidade média

Como a velocidade média é o deslocamento dividido pelo tempo, segundo a relação:

Substituindo na equação anterior do trabalho, temos:

Potência instantânea

A potência é o resultado da divisão entre o trabalho e o intervalo de tempo usado para realizar esse trabalho. Se tomarmos um intervalo de tempo muito pequeno, tendendo a zero, teremos a potência instantânea.

Onde,

Rendimento

O rendimento de uma máquina ou dispositivo é a relação entre a potência utilizada de fato e, a potência que recebeu. Essa potência útil é a parte aproveitável, é a potência que foi recebida menos a que foi dissipada.
Um dispositivo ou máquina que receba uma quantidade de potência não pode transformá-la integralmente em trabalho, uma parte é perdida devido ao atrito, na forma de calor, ruídos e outros processos.

Potu = Potr - Potd

Onde:

Potu é a potência útil;
Potr é a potência recebida;
Potd é a potência dissipada.

Fórmula do rendimento

Onde,

Outra maneira de expressar o rendimento é substituindo a expressão da potência útil na do rendimento.

O rendimento é sempre menor que 100%. Para entender porque isso ocorre é preciso ver que na fórmula, a potência útil, que está no numerador é sempre menor do que a potência recebida, pois há sempre dissipação.

Como é uma divisão entre grandezas de mesma unidade, o rendimento não tem unidade de medida, pois elas se cancelam na divisão. Dizemos ser uma grandeza adimensional sendo comum expressá-la na forma de uma porcentagem.

A ideia do rendimento pode ser estendida para máquinas elétricas, térmicas e mecânicas.

Aprenda mais sobre rendimento com o Ciclo Carnot.

Exercícios

Questão 1

Um navio que irá transportar uma encomenda de carros aporta para fazer seu carregamento. Os veículos estão em containers e possuem uma massa aproximada de 4 000 kg cada. Para movê-los do porto para o convés do navio, um guindaste os ergue a uma altura de 30 m. Cada operação de elevar um container dura 5 min.

Calcule a potência utilizada pelo guindaste para realizar esta tarefa. Considere a aceleração da gravidade g, igual a 10 m/s².

Ver Resposta

Resolução:
Como a potência média é o trabalho dividido pelo tempo, e o tempo já é fornecido pelo problema, precisamos determinar o trabalho.

Dados:
m = 4 000 kg
altura = 30 m
t = 5 min = 5 x 60 s = 300 s
g = 10 m/s².

O trabalho do guindaste será dado pela força peso.

Assim,

A potência utilizada será de 4 kW.

Questão 2

Em uma estrada, um carro se move a uma velocidade constante de 40 m/s. Para realizar este movimento, aplica uma força horizontal constante na mesma direção da velocidade. O motor produz uma potência de 80 kW. Qual a intensidade da força aplicada?

Ver Resposta

Resolução:

Podemos determinar a força através de sua relação com a potência e velocidade.

Dados:
Vm = 40 m/s
Pot = 80 kW

A potência de uma força constante é dada pelo produto da força pela velocidade e, pelo cosseno do ângulo formado entre eles. Como neste caso força e velocidade estão em mesma direção e sentido, o ângulo θ é zero e cosseno vale 1.

Pot = F . Vm . cos θ
Pot = F .Vm . cos 0
Pot = F . Vm . 1

Isolando F e substituindo os valores,

A intensidade da força aplicada será de 20 kN.

Questão 3

(Fuvest-SP). Uma esteira rolante transporta 15 caixas de bebida por minuto, de um depósito no subsolo até o andar térreo. A esteira tem comprimento de 12 m, inclinação de 30º com a horizontal e move-se com velocidade constante. As caixas a serem transportadas já são colocadas com a velocidade da esteira. Se cada caixa pesa 200 N, o motor que aciona esse mecanismo deve fornecer a potência de:

a) 20W
b) 40W
c) 300W
d) 600W
e) 1800W

Ver Resposta

Resolução:

A potência é dada pela relação entre o trabalho e o tempo utilizado, em segundos.

Dados:
t = 1 min = 60 s
Comprimento da esteira = 12 m
inclinação = 30°
P = 200 N por caixa

Sendo 15 caixas, temos 200 N x 15 = 3 000 N.

Assim, P = 3000 N, portanto, mg = 3 000 N.

Como o trabalho da força gravitacional é dado por T = m.g.h, precisamos determinar a altura.

A altura h, forma com a esteira um triângulo retângulo com 30º em relação à horizontal. Assim, para determinar h, utilizaremos o seno de 30º.

Da trigonometria, sabemos que seno 30° = 1/2.

O trabalho será dada por:

Para determinar a potência basta dividir o trabalho pelo tempo.

A resposta, portanto, é a letra c.

Você por se interessar por:

Potência elétrica
Trabalho e energia
Fórmulas de física

Professor Licenciado em Matemática e pós-graduado em Ensino da Matemática e Física (Fundamental II e Médio), com formação em Magistério (Fundamental I). Engenheiro Mecânico pela UERJ, produtor e revisor de conteúdos educacionais.

É a grandeza física que mede a quantidade de energia transferida por unidade de tempo?

Qual a grandeza física que mede a quantidade de energia?

É a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo?

Qual é a grandeza física responsável pela realização do trabalho?