Em uma atividade de Física, uma equipe compara três registros de uma máquina térmica que opera entre uma fonte…

Questão

Em uma atividade de Física, uma equipe compara três registros de uma máquina térmica que opera entre uma fonte quente a 500 K e uma fonte fria a 300 K. Em cada registro, os valores estão em megajoules por ciclo: A informa calor recebido de 1,20, calor rejeitado de 0,72 e trabalho de 0,48; B informa calor recebido de 1,20, calor rejeitado de 0,80 e trabalho de 0,40; C informa calor recebido de 1,20, calor rejeitado de 0,65 e trabalho de 0,55. Uma integrante afirma que os três registros são compatíveis com o funcionamento da máquina, pois em todos o trabalho corresponde à diferença entre os calores. Qual avaliação da afirmação está correta, considerando a conservação de energia e o limite de rendimento do ciclo de Carnot?

1. A) A afirmação é incorreta: A e B respeitam a conservação e o limite de Carnot, mas C excede o trabalho máximo permitido.
2. B) A afirmação é incorreta: somente A é compatível, pois uma máquina térmica precisa operar exatamente no limite de Carnot.
3. C) A afirmação é incorreta: A e C são incompatíveis, pois alcançar o limite de Carnot também torna o registro impossível.
4. D) A afirmação é incorreta: A e C são compatíveis com as fontes, mas B não respeita a conservação de energia.
5. E) A afirmação é correta: os três registros respeitam a conservação de energia, condição suficiente para serem compatíveis.

✅ Resposta correta: alternativa A

Resolução passo a passo

1. Calcule o rendimento maximo de Carnot: 1 - (Tfria/Tquente) = 1 - (300/500) = 0,40, ou seja, 40%. Para Q quente = 1,20 MJ, o trabalho maximo possivel e 0,40 x 1,20 = 0,48 MJ. Passo 2: Verifique a conservacao de energia (W = Qquente - Qfria) em cada registro. A: 1,20 - 0,72 = 0,48, confere. B: 1,20 - 0,80 = 0,40, confere. C: 1,20 - 0,65 = 0,55, confere. Logo, a conservacao nao diferencia os registros, e a afirmacao da integrante e incompleta. Passo 3: Calcule o rendimento real de cada registro (W/Qquente). A: 0,48/1,20 = 0,40, exatamente o limite de Carnot, o que e possivel apenas no caso ideal reversivel, portanto compativel. B: 0,40/1,20 = 0,33, abaixo do limite, portanto compativel. C: 0,55/1,20 = 0,46, acima de 0,40, o que viola a segunda lei da termodinamica e torna o registro impossivel. Passo 4: Conclusao: a afirmacao esta incorreta, pois o registro C excede o trabalho maximo permitido, enquanto A e B respeitam a conservacao de energia e o limite de Carnot. Passo 5: Por que as outras estao erradas: B diz que somente A e compativel, mas B tambem e compativel, pois seu rendimento de 33% fica abaixo do limite. C diz que A e C sao incompativeis, mas A esta no limite e e aceitavel, e a incompatibilidade esta em C. D diz que B nao respeita a conservacao, mas 1,20 - 0,80 = 0,40 confere com o trabalho informado. E diz que os tres sao corretos, mas C viola o limite de Carnot, condicao que a conservacao de energia sozinha nao garante.

💡 Dica: Calcule o rendimento de Carnot e compare-o com W/Q recebido em cada registro.

Alternativa por alternativa

Raio-X da questão

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