Em um relatório de laboratório, uma máquina térmica operando em regime periódico recebe 800 J de calor da…

Questão

Em um relatório de laboratório, uma máquina térmica operando em regime periódico recebe 800 J de calor da fonte quente em cada ciclo. O motor, ao final do ciclo, devolve 500 J de calor à fonte fria e realiza trabalho sobre um eixo acoplado a um gerador. a) Mostre, usando a Primeira Lei da Termodinâmica, quanto trabalho é realizado em cada ciclo. b) Explique por que a máquina precisa rejeitar parte do calor recebido. c) Relacione esse balanço energético ao fato de a máquina operar em ciclos sucessivos.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Em um ciclo completo, a energia interna do sistema não varia, portanto ?U = 0. Pela Primeira Lei da Termodinâmica, o trabalho realizado pela máquina é igual à diferença entre o calor recebido da fonte quente e o calor rejeitado à fonte fria: W = Qq - Qf. Substituindo os valores: W = 800 - 500 = 300 J. Logo, o trabalho realizado em cada ciclo é 300 J. A máquina precisa rejeitar parte do calor porque, em um funcionamento cíclico, nem toda a energia térmica pode ser convertida em trabalho. Uma parcela deve ser transferida para a fonte fria para que o sistema volte ao estado inicial e o ciclo possa se repetir. Esse balanço energético mostra que o funcionamento contínuo da máquina depende do retorno ao estado inicial a cada ciclo. Assim, as mesmas condições iniciais são restauradas, mas com transferência líquida de energia: entra calor da fonte quente, sai parte para a fonte fria e o restante aparece como trabalho útil.

Explicação

A resposta calcula corretamente o trabalho como diferença entre calor recebido e rejeitado e interpreta o papel do ciclo no funcionamento de uma máquina térmica.

Raio-X da questão

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