Dois projetos de motor térmico foram apresentados para uma feira de ciência. Ambos operam entre as mesmas…

Questão

Dois projetos de motor térmico foram apresentados para uma feira de ciência. Ambos operam entre as mesmas fontes de calor, mas com temperaturas diferentes. No projeto A, a fonte quente está a 500 K e a fria a 250 K. No projeto B, a fonte quente continua a 500 K, mas a fonte fria é mantida a 200 K. Os alunos querem saber qual projeto permite maior rendimento máximo. a) Calcule o rendimento máximo de cada projeto. b) Compare os resultados e indique qual projeto é mais favorável para produzir trabalho útil. c) Explique, com base na Segunda Lei da Termodinâmica, por que a diferença entre as temperaturas influencia o rendimento máximo.

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

Resposta esperada

O rendimento máximo de uma máquina ideal é dado por ? = 1 - Tf/Tq. Projeto A: ?A = 1 - 250/500 = 1 - 0,5 = 0,5, ou seja, 50%. Projeto B: ?B = 1 - 200/500 = 1 - 0,4 = 0,6, ou seja, 60%. Comparando os valores, o projeto B é mais favorável, pois permite um rendimento máximo maior. A razão física é que a máquina térmica transforma parte do calor recebido em trabalho e rejeita o restante a uma fonte fria. Quanto maior for a diferença de temperatura entre a fonte quente e a fonte fria, maior é a possibilidade de conversão de energia em trabalho. A Segunda Lei da Termodinâmica estabelece, porém, que sempre haverá limitação para essa conversão, de modo que o rendimento nunca alcança 100%.

Explicação

Os cálculos estão corretos e a explicação liga a diferença de temperaturas ao limite de rendimento imposto pela Segunda Lei.

Raio-X da questão

Questões parecidas com resolução

• Uma usina termelétrica em um estudo simplificado é modelada como máquina térmica ideal. O reservatório quente está a 600…
• Durante uma auditoria energética em uma indústria brasileira, foram avaliados dois motores térmicos que operam…
• Em duas situações distintas, um mesmo motor térmico recebe a mesma quantidade de calor da fonte quente. Na situação I, a…
• 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…
• Uma indústria brasileira estuda instalar um motor térmico para recuperar parte do calor de um processo. O projeto prevê…
• No século XIX, o estudo de motores a vapor levou à formulação do limite de Carnot: para uma máquina reversível entre…

Todas as questões de Leis da Termodinâmica e Máquinas Térmicas