Em uma aula de Física, uma equipe representa o ciclo de Carnot de um motor em um gráfico pressão-volume. O…

Questão

Em uma aula de Física, uma equipe representa o ciclo de Carnot de um motor em um gráfico pressão-volume. O percurso é horário e passa pelos pontos A, B, C e D: A?B é uma expansão isotérmica na temperatura quente; B?C, uma expansão adiabática; C?D, uma compressão isotérmica na temperatura fria; e D?A, uma compressão adiabática. No desenho, as duas isotermas aparecem como curvas distintas, e as adiabáticas ligam uma à outra. A equipe também indica que a área delimitada pelo ciclo corresponde ao trabalho líquido produzido em cada ciclo. Considerando o sentido do percurso e as transformações indicadas, qual interpretação do gráfico é compatível com o funcionamento de um motor de Carnot e com seu rendimento máximo?

1. A) O gás absorve calor na compressão isotérmica quente e rejeita calor na expansão isotérmica fria; o trabalho líquido é positivo e o rendimento depende apenas das temperaturas absolutas dos reservatórios.
2. B) O gás absorve calor na expansão isotérmica quente e rejeita calor na compressão isotérmica fria; o trabalho líquido é positivo e o rendimento depende das pressões máxima e mínima do ciclo.
3. C) O gás absorve calor na expansão isotérmica quente e rejeita calor na compressão isotérmica fria; o trabalho líquido é negativo e o rendimento depende apenas das temperaturas absolutas dos reservatórios.
4. D) O gás absorve calor na expansão isotérmica quente e rejeita calor na compressão isotérmica fria; o trabalho líquido é positivo e o rendimento depende apenas das temperaturas absolutas dos reservatórios.
5. E) O gás absorve calor na expansão isotérmica quente e rejeita calor na compressão isotérmica fria; o trabalho líquido é positivo e o rendimento é de 100% por se tratar de um ciclo reversível.

✅ Resposta correta: alternativa D

Resolução passo a passo

1. Identifique o sentido do ciclo. O percurso é horário no gráfico pressão-volume, e um ciclo percorrido nesse sentido produz trabalho líquido positivo, pois a área do ciclo corresponde ao trabalho realizado pelo gás. Passo 2: Analise as transformações. Na expansão isotérmica A para B, a temperatura é a quente e o gás se expande, então absorve calor da fonte quente para manter a temperatura constante. Na compressão isotérmica C para D, a temperatura é a fria e o gás é comprimido, então rejeita calor para a fonte fria. As adiabáticas B para C e D para A não trocam calor. Passo 3: Verifique o trabalho líquido. Como o ciclo é horário, o trabalho líquido é positivo, e isso é coerente com o funcionamento de um motor. Passo 4: Verifique o rendimento. O rendimento de um ciclo de Carnot é n = 1 - Tf/Tq, em que as temperaturas são absolutas. Logo, depende apenas das temperaturas dos reservatórios, e não das pressões do ciclo. Passo 5: Conclua. A alternativa D reúne todas essas informações corretamente. A alternativa A está errada porque inverte as trocas de calor: o gás não absorve calor na compressão fria nem rejeita calor na expansão quente. A alternativa B está errada porque o rendimento não depende das pressões máxima e mínima. A alternativa C está errada porque, no sentido horário, o trabalho líquido é positivo, e não negativo. A alternativa E está errada porque o rendimento de 100% exigiria Tf igual a zero absoluto, e a reversibilidade do ciclo não garante rendimento total. O gabarito oficial está correto.

💡 Dica: Use o sentido horário para identificar trabalho líquido positivo e associe calor às expansões e compressões isotérmicas.

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Raio-X da questão

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