Ano 2019#termodinamica#maquinas-termicas#segunda-lei#rendimento

Sobre o tema

Máquinas térmicas são dispositivos que convertem calor em trabalho, operando entre dois reservatórios a diferentes temperaturas. A eficiência térmica, definida como a razão entre o trabalho produzido e o calor absorvido, é limitada pela Segunda Lei da Termodinâmica, que estabelece que nenhuma máquina pode ter eficiência maior que a de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas. Para um inventor obter patentes, suas máquinas devem respeitar esse princípio. Neste contexto, analisam-se três máquinas com valores fixos de calor rejeitado e trabalho, comparando seus rendimentos com o limite de Carnot. O entendimento desses conceitos é essencial para engenheiros e inventores, pois permite avaliar a viabilidade termodinâmica de projetos.

Tópicos relacionados

  • Eficiência de máquinas térmicas
  • Segunda Lei da Termodinâmica
  • Ciclo de Carnot e rendimento máximo
  • Cálculo de rendimento a partir de calor e trabalho
  • Análise de patentes em termodinâmica

Enunciado

Um escritorio de patentes analisa as afirmativas de um inventor que deseja obter os direitos sobre tres maquinas termicas reais que trabalham em um ciclo termodinamico. Dados: Maquina A: calor rejeitado 40 J, trabalho produzido 60 J; Maquina B: calor rejeitado 15 J, trabalho produzido 30 J; Maquina C: calor rejeitado 8 J, trabalho produzido 12 J. As afirmativas sao: 1) O rendimento das maquinas A e C sao os mesmos para quaisquer temperaturas de fonte quente e de fonte fria. 2) As maquinas A, B e C obedecem a Segunda Lei da Termodinamica. 3) Se o calor rejeitado nas tres situacoes acima for dobrado e se for mantida a mesma producao de trabalho, a maquina B apresentara rendimento superior aos das maquinas A e C, supondo atendidos os principios da termodinamica. Tomando as temperaturas dos reservatorios como 900 K e 300 K, esta(ao) correta(s) a(s) afirmativa(s):

Alternativas

  • A)

    1, apenas

  • B)

    2, apenas

  • C)

    1, 2 e 3

  • D)

    1 e 3, apenas

  • E)

    2 e 3, apenas

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Perguntas frequentes

O que é eficiência de uma máquina térmica?

É a razão entre o trabalho produzido e o calor absorvido da fonte quente: η = W / Q_quente. Representa o aproveitamento do calor para gerar trabalho.

Qual é o limite máximo de eficiência para uma máquina térmica?

O limite é dado pela eficiência de Carnot: η_C = 1 - T_fria / T_quente, onde as temperaturas estão em Kelvin. Máquinas reais têm eficiência menor.

Por que uma máquina com eficiência igual à de Carnot viola a Segunda Lei?

A eficiência de Carnot só é atingida por máquinas reversíveis. Qualquer máquina real possui irreversibilidades, portanto sua eficiência deve ser estritamente menor.

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