Um motor térmico ideal recebe 800 J de calor de uma fonte quente e rejeita 500 J para a fonte fria em cada…

Questão

Um motor térmico ideal recebe 800 J de calor de uma fonte quente e rejeita 500 J para a fonte fria em cada ciclo. Em um experimento escolar, estudantes comparam esse motor a uma máquina real que, para a mesma quantidade de calor recebida, rejeita ainda mais calor para a fonte fria. a) Explique por que nem todo o calor recebido pode ser transformado em trabalho. b) Calcule o trabalho realizado pelo motor ideal do texto-base. c) Determine o rendimento desse motor e interprete o resultado. d) Relacione a diferença entre o motor ideal e o motor real com a Segunda Lei da Termodinâmica.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Pela Segunda Lei da Termodinâmica, uma máquina térmica que opera em ciclos não consegue transformar integralmente todo o calor recebido em trabalho; sempre há rejeição de parte da energia para uma fonte fria. No caso dado, o trabalho é W = Qq - Qf = 800 - 500 = 300 J. O rendimento é ? = W/Qq = 300/800 = 0,375, ou 37,5%. Isso significa que, a cada ciclo, 37,5% do calor recebido é convertido em trabalho útil e 62,5% é rejeitado para a fonte fria. O motor real tem rendimento menor porque há irreversibilidades, como atrito e perdas térmicas, que aumentam a quantidade de energia desperdiçada como calor. Isso está de acordo com a Segunda Lei: não existe máquina térmica com rendimento de 100% operando em ciclo.

Explicação

A resposta calcula corretamente trabalho e rendimento e usa a Segunda Lei para justificar por que máquinas reais são menos eficientes.

Raio-X da questão

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