Exercícios Resolvidos: Máquinas Térmicas

Leia o resumo “O que são Máquinas Térmicas?” e resolva os exercícios abaixo.

1. (ENEM-MEC-011) Um motor só poderá realizar trabalho se receber uma quantidade de energia de outro sistema. No caso, a energia armazenada no combustível é, em parte, liberada durante a combustão para que o aparelho possa funcionar.

Quando o motor funciona, parte da energia convertida ou transformada na combustão não pode ser utilizada para a realização de trabalho. Isso significa dizer que há vazamento da energia em outra forma.

CARVALHO, A. X. Z. Física Térmica. Belo Horizonte: Pax, 2009 (adaptado).

De acordo com o texto, as transformações de energia que ocorrem durante o funcionamento do motor são decorrentes de a:
a) liberação de calor dentro do motor ser impossível.
b) realização de trabalho pelo motor ser incontrolável.
c) conversão integral de calor em trabalho ser impossível.
d) transformação de energia térmica em cinética ser impossível.
e) utilização de energia potencial do combustível ser incontrolável.

2. (AFA-012) Com relação às máquinas térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica, analise as proposições a seguir.

I. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia mecânica em energia térmica com conseqüente realização de trabalho.

II. O enunciado da Segunda Lei da Termodinâmica, proposto por Clausius, afirma que o calor não passa espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente, a não ser forçado por um agente externo como é o caso do refrigerador.

III. É possível construir uma máquina térmica que, operando em transformações cíclicas, tenha como único efeito transformar completamente em trabalho a energia térmica de uma fonte quente.

IV. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot, operando entre essas mesmas temperaturas.

São corretas apenas
a) I e II
b) II e III
c) I, III e IV
d) II e IV

3. (PUC-RS-010)  Para responder a questão, considere o texto e o gráfico, o qual relaciona o rendimento de uma máquina de Carnot e a razão T₂/T₁ das temperaturas em que opera a máquina.
O ciclo de Carnot é um ciclo termodinâmico especial, pois uma máquina térmica que opera de acordo com este ciclo entre duas temperaturas T₁ e T₂, com T₁ maior do que T₂ obtém o máximo rendimento possível. O rendimento r de uma máquina térmica é definido como a razão entre o trabalho líquido que o fluido da máquina executa e o calor que absorve do reservatório à temperatura T₁.

Pode-se concluir, pelo gráfico e pelas leis da termodinâmica, que o rendimento da máquina de Carnot aumenta quando a razão T₂/T₁ diminui,
a) alcançando 100% quando T₂vale 0ºC.
b) alcançando 100% quando T₁é muito maior do que T₂.
c) alcançando 100% quando a diferença entre T₁e T₂é muito pequena.
d) mas só alcança 100% porque representa o ciclo ideal.
e) mas nunca alcança 100%.

GABARITO

1. C 

a) Incorreto. É exatamente a liberação de calor, decorrente da queima do combustível dentro do motor, que faz o carro andar.
b) Incorreto. É controlável sim. Quem controla é o próprio motorista, quando acelera ou freia o carro, por exemplo.
c) Correto. A 2° lei da termodinâmica fala exatamente sobre isso. Sempre haverá uma perda de energia nessa conversão.
d) Incorreto. É possível sim.
e) Incorreto. É controlável. Algo no motor está incontrolável, alguma coisa está errada.

2. D

I– Incorreto. Máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em realização de trabalho.

II- Correto. Espontâneo na natureza, sempre será de quem tem mais para quem tem menos. No caso da energia, o mais quente possui mais energia, logo o processo natural seria o calor passar para o corpo mais frio, caso contrário é preciso a realização de trabalho.

III– Incorreto. Isso vai contra a 2° lei da termodinâmica.

IV- Correto. A máquina ideal de Carnot é uma máquina que tem um funcionamento apenas teórico. Nenhuma máquina possui um rendimento maior que ela.

3. E

A segunda lei da Termodinâmica diz que nenhuma máquina térmica, consegue transformar integralmente calor em trabalho, logo o rendimento nunca pode chegar a 100%. O maior rendimento possível é igual ao da máquina de Carnot. Quando analisamos o gráfico, vemos que, para o rendimento ser de 100%, a razão T₂/T₁ teria que ser nula. P para isso T₂=0 K, o que é impossível.