Disserte e calcule: qual é a energia elétrica máxima teoricamente obtível, por um motor reversível (eficiência…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Disserte e calcule: qual é a energia elétrica máxima teoricamente obtível, por um motor reversível (eficiência de Carnot), ao resfriar m = 100,0 kg de água de 80,0 °C para 20,0 °C, usando o calor retirado dessa massa como fonte quente e com o ambiente a 20,0 °C como sumidouro? Use c = 4,18×10³ J·kg?¹·K?¹. Fórmulas úteis: Q = m·c·?T; ?_Carnot = 1 - T_c/T_h (temperaturas em K); E_max = ?_Carnot·Q. Discuta perdas irreversíveis e vias práticas para aproveitamento.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: m = 100,0 kg; ?T = 60,0 K; Q = m·c·?T = 100·4,18×10³·60 = 2,508×107 J (˜6,967 kWh). Temperaturas em K: T_h = 80+273 = 353 K; T_c = 20+273 = 293 K. ?_Carnot = 1 - 293/353 = 0,16997 ˜ 17,0%. Energia elétrica máxima E_max = ?_Carnot·Q = 0,16997·2,508×107 ˜ 4,264×106 J ˜ 1,184 kWh. Discussão: valor é limite teórico; irreversibilidades (perdas por condução, atrito, irreversibilidade do ciclo) reduzem rendimento real — motores práticos atingem frações do Carnot (p.ex. 10–40% do ideal). Para aproximar esse aproveitamento, recomenda-se: aumentar ?T operacional (maior T_h), reduzir perdas térmicas na captura, usar etapas múltiplas ou ciclos regenerativos, recuperar calor residual e empregar tecnologias adequadas (Stirling, Rankine orgânico, termoelectricidade) dependendo da escala; avaliar custo-benefício e integração com cargas locais (armazenamento elétrico ou conversion direta para trabalho mecânico).
Explicação
Os cálculos realizados consideram a variação de temperatura da água e a eficiência de Carnot, que estabelece um limite teórico para a conversão de calor em trabalho. A discussão sobre perdas irreversíveis destaca a diferença entre o rendimento ideal e o real, enfatizando a importância de estratégias práticas para maximizar a eficiência dos motores. Essas estratégias incluem o aumento da diferença de temperatura e a utilização de tecnologias específicas que podem melhorar a recuperação de energia.
Raio-X da questão
energia elétrica e eficiência
avaliacao
calor específico da água · eficiência de Carnot
Revisar os conceitos de eficiência de Carnot e cálculo de energia térmica.
O aluno pode confundir a eficiência de Carnot com a eficiência real do motor, não considerando as perdas irreversíveis no processo.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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