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Exercícios sobre máquinas térmicas

Para resolver exercícios sobre máquinas térmicas, é necessária a compreensão dos princípios da termodinâmica, bem como da transformação de calor em trabalho.

  • Questão 1

    (CEFET - PR) O 2° princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma:"É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho."Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:

    a) sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%;

    b) qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente;

    c) calor e trabalho não são grandezas homogêneas;

    d) qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria;

    e) somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0°C, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho.

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  • Questão 2

    (UNIVALI - SC) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot entre as temperaturas de 500K e 300K, recebendo 2 000J de calor da fonte quente. O calor rejeitado para a fonte fria e o trabalho realizado pela máquina, em joules, são, respectivamente:

    a) 500 e 1 500

    b) 700 e 1 300

    c) 1 000 e 1 000

    d) 1 200 e 800

    e) 1 400 e 600

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  • Questão 3

    Uma máquina térmica cíclica recebe 5000 J de calor de uma fonte quente e realiza trabalho de 3500 J. Calcule o rendimento dessa máquina térmica.

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  • Questão 4

    Uma máquina térmica recebe 800 J de calor de uma fonte quente, em uma temperatura de 400 K, e rejeita 300 J para uma fonte fria. Calcule a temperatura da fonte fria e o trabalho realizado pela máquina.

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Respostas

  • Resposta Questão 1

    Alternativa D

    Uma máquina térmica recebe calor de uma fonte quente, converte uma parte desse calor em trabalho e rejeita outra parte para uma fonte fria. O calor nunca é convertido completamente em trabalho.

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  • Resposta Questão 2

    Calculando o calor da fonte quente:

    frac{Q_{2}}{^{Q_{1}}} = frac{T_{2}}{^{T_{1}}}

    frac{Q_{2}}{2000} = frac{300}{500}

    Q_{2} = frac{2000 . 300}{500}

    Q_{2} = 1200 J

    Por aproximação, podemos considerar a resposta como 1200 J.

    Calculando o trabalho:

    Q_{1} = T + Q_{2}

    2000 = T + 1200

    T = 800 J

    Alternativa D

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  • Resposta Questão 3

    O rendimento é dado pela razão entre o trabalho realizado e o calor recebido:

    N = T
         Q1

    N = 3.500
           5000

    N= 0,7 ou 70%

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  • Resposta Questão 4

    A temperatura da fonte fria:

    Q2 = T2
    Q1    T1

    300 = T2
    800   400

    0,375 . 400 = T2
    T2 = 150 K

    O trabalho realizado:

    T = Q2 - Q1
    T = 800 – 300
    T = 500 J

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