Exercícios sobre Máquinas de Carnot
Exercícios de Física
Esta lista de exercícios testará seus conhecimentos sobre a Máquina de Carnot, máquina térmica teórica e de rendimento termodinâmico máximo. Publicado por: Rafael HelerbrockUma máquina térmica de Carnot tem sua fonte quente a uma temperatura de 227 ºC, enquanto a sua fonte fria opera a 27 ºC. O rendimento dessa máquina é igual a:
a) 16%
b) 88%
c) 40 %
d) 25%
e) 50 %
Uma máquina térmica que opera segundo o ciclo de Carnot recebe 800 J de calor de sua fonte quente, que funciona em uma temperatura de 500 K. Considerando que a fonte fria dessa máquina encontre-se a 200 K, a quantidade de calor dissipada para a fonte fria por essa máquina corresponde a:
a) 320 J
b) 300 J
c) 700 J
d) 1000 J
e) 600 J
Julgue os itens a seguir como verdadeiros (V) ou falsos (F):
I – A máquina de Carnot é a única que pode assumir rendimentos de até 100%;
II – O Ciclo de Carnot é caracterizado por quatro transformações termodinâmicas reversíveis;
III – Nenhuma máquina que opere entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot atuando nessas mesmas temperaturas.
São(é) verdadeiras(a):
a) I
b) II
c) I e II
d) II e III
e) I, II e III.
Uma máquina opera segundo o ciclo de Carnot e apresenta rendimento termodinâmico de 60%. Sendo 100 K a temperatura de sua fonte fria, a temperatura de sua fonte quente é de, aproximadamente:
a) 80 K
b) 200 K
c) 60 K
d) 40 K
e) 30 K
Letra C
Podemos calcular o rendimento da Máquina de Carnot por meio da seguinte equação:
Na equação acima, TB refere-se à temperatura da fonte fria, e TA, à temperatura da fonte quente. Além disso, o cálculo do rendimento termodinâmico deve ser realizado na escala Kelvin, por isso somamos 273 aos valores de temperatura dados em ºC. Observe:
Um rendimento igual a 0,4 indica que a máquina apresenta rendimento igual a 40%, já que 0,4.100% = 40%.
Voltar a questãoLetra A
Podemos relacionar as quantidades de calor quente e frio, bem como as temperaturas das fontes quente e fria, por intermédio da relação de Carnot:
QA é a quantidade de calor recebida pela máquina por meio de sua fonte quente, de temperatura TA. QB é a quantidade de calor cedida pela máquina para sua fonte fria, de temperatura TB. Com isso, temos que:
Podemos dizer, portanto, que a cada ciclo essa máquina recebe 800 J de calor de sua fonte quente e rejeita 320 J para a sua fonte fria.
Voltar a questãoLetra D
Vamos analisar as alternativas:
I – Falsa. Mesmo tendo a máquina de Carnot, que possui o maior rendimento possível para uma máquina térmica, é impossível alcançar um rendimento de 100%, já que isso violaria a Terceira Lei da Termodinâmica.
II – Verdadeira. O ciclo de Carnot é definido por quatro etapas: duas contrações, sendo uma adiabática e uma isotérmica, e duas expansões, uma também adiabática e outra isotérmica.
III – Verdadeira. A afirmação é o próprio postulado de Carnot.
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Letra D
O rendimento de uma máquina de Carnot pode ser calculado pela relação apresentada a seguir:
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Um rendimento de 60% implica η = 0,6. Dessa forma, temos que:
Portanto, a temperatura da fonte fria dessa máquina térmica é equivalente a 40 K.
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