Ano 2023#termodinamica#ciclo-termico#rendimento#maquina-termica

Sobre o tema

A questão aborda um ciclo termodinâmico semelhante ao ciclo de Stirling, composto por duas transformações isotérmicas e duas isocóricas. O rendimento de uma máquina térmica que opera nesse ciclo depende de parâmetros como as temperaturas das fontes quente e fria, a razão de expansão e o tipo de fluido de trabalho. Entender como esses fatores influenciam a eficiência é fundamental para projetar motores mais eficientes. A eficiência máxima teórica é dada pelo ciclo de Carnot, e o ciclo Stirling pode se aproximar desse limite com regeneração ideal. Neste contexto, a questão avalia três afirmações sobre o efeito da razão de expansão, do uso de gás nobre e de um exemplo numérico específico.

Tópicos relacionados

  • Ciclo de Stirling
  • Eficiência de máquinas térmicas
  • Razão de expansão e rendimento
  • Influência do gás de trabalho
  • Ciclo ideal de Carnot

Enunciado

Considere uma maquina termica que opera com um ciclo termodinamico composto de quatro etapas: (i) expansao isotermica, a temperatura $T_q$, saindo do volume inicial $V_0$ ate o volume final $V_f$; (ii) resfriamento isocorico de $T_q$ ate $T_f$; (iii) compressao isotermica, a temperatura $T_f$, de $V_f$ ate $V_0$; e (iv) aquecimento isocorico de $T_f$ ate $T_q$.

I. Aumentando-se a razao de expansao, $r = V_f/V_i$, e possivel aumentar o rendimento da maquina mantendo os demais parametros fixos.

II. Se o fluido de trabalho fosse substituido por um gas nobre, entao o rendimento dessa maquina seria aumentado.

III. Considerando os parametros $r = 10$, $T_f = 300$ K e $T_q = 900$ K, o valor do rendimento da maquina e superior a 50%.

Sobre as afirmacoes I, II e III pode-se afirmar que

Alternativas

  • A)

    todas estao corretas.

  • B)

    apenas I esta incorreta.

  • C)

    apenas II esta incorreta.

  • D)

    apenas III esta incorreta.

  • E)

    apenas I e III estao incorretas.

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Perguntas frequentes

O que é o ciclo de Stirling?

O ciclo de Stirling é um ciclo termodinâmico composto por duas transformações isotérmicas e duas isocóricas. Ele pode alcançar eficiência próxima à de Carnot com regeneração ideal.

Como a razão de expansão afeta a eficiência de um ciclo Stirling?

Aumentar a razão de expansão r = Vf/Vi aumenta o trabalho líquido e o calor absorvido, fazendo a eficiência tender ao limite de Carnot (1 - Tf/Tq) conforme r cresce.

Por que um gás monoatômico proporciona maior rendimento nesse ciclo?

Gases monoatômicos têm menor calor específico a volume constante (Cv = 3R/2) do que gases diatômicos, reduzindo o calor absorvido nas isocóricas e aumentando a eficiência.

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