Um motor térmico opera entre uma fonte quente a Th = 400 K e um reservatório frio a Tc = 300 K. Em cada ciclo…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões, avaliar intervenções e/ou construir protótipos de sistemas térmicos que visem à sustentabilidade, considerando sua composição e os efeitos das variáveis termodinâmicas sobre seu funcionamento, considerando também o uso de tecnologias digitais que auxiliem no cálculo de estimativas e no apoio à construção dos protótipos.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Um motor térmico opera entre uma fonte quente a Th = 400 K e um reservatório frio a Tc = 300 K. Em cada ciclo o sistema absorve Qin = 2500 J e realiza trabalho W = 500 J. (a) Calcule a eficiência máxima de Carnot ?c = 1 - Tc/Th e a eficiência real ? = W/Qin. (b) Comente se o motor viola a segunda lei da termodinâmica e proponha duas medidas físicas para aumentar a sustentabilidade do sistema, citando equações relevantes.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
?c = 1 - Tc/Th = 1 - 300/400 = 0,25 (25%). ? = W/Qin = 500/2500 = 0,20 (20%). Como ? = ?c (0,20 = 0,25), não há violação da 2ª lei. Sugestões: (1) aumentar Th (elevar Th aumenta ?c, já que ?c=1-Tc/Th); (2) reduzir perdas térmicas (melhor isolamento, minimizar Q?loss) e perdas mecânicas (reduzir atrito), aumentando W útil para dado Qin. Outra medida: usar trocador/regenerador para recuperar calor rejeitado, reduzindo Qout (Qout = Qin - W).
Explicação
A eficiência de Carnot é calculada com base nas temperaturas dos reservatórios, mostrando o limite teórico máximo de eficiência para qualquer motor térmico. A eficiência real é obtida pela relação entre o trabalho realizado e o calor absorvido, e, como a eficiência real é menor que a de Carnot, não há violação da segunda lei da termodinâmica. As sugestões de aumentar a temperatura da fonte quente e reduzir perdas térmicas e mecânicas são medidas práticas que podem melhorar a eficiência do sistema.
Raio-X da questão
eficiência de motor térmico
avaliacao
eficiência de Carnot · segunda lei da termodinâmica
Revisar a segunda lei da termodinâmica e eficiência de motores térmicos.
O aluno pode confundir a eficiência real com a eficiência máxima, não aplicando corretamente as fórmulas para cada uma.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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