Questão 1, UFF, P1-2016.1
Uma resistência elétrica aquece uma base metálica através do fornecimento de de potência. Você deseja construir uma máquina térmica, que opera ciclicamente um gás monoatômico, usando esta base como fonte quente e uma outra base , mantida a , como fonte fria. A máquina deve retirar exatamente a potência citada da fonte quente que será, então, mantida a
- Com qual ciclo deve operar esta máquina para que se obtenha o rendimento máximo? Esclareça se este ciclo é reversível.
- Descreva este ciclo, explicitando todas as etapas, esclarecendo os sentidos de troca de calor em cada etapa e representando-o no diagrama
- Qual o trabalho, útil, máximo que a máquina conseguirá realizar ao longo de um minuto.
- Se o gás for diatômico em vez de monoatômico a eficiência máxima muda? Explique.
Passo 1
a)
Qual o ciclo que estudamos que possui o maior rendimento? O ciclo de Carnot!!!
Esse ciclo é reversível, sendo composto de processos suficientemente lentos para que sejam reversíveis.
Passo 2
b)
O ciclo é um ciclo de Carnot, tendo como fonte quente uma fonte à e uma fonte fria à
Assim, no diagrama
Nos processos:
, temos transformações adiabáticas.
, temos transformações isotérmicas.
Passo 3
c)
O rendimento nos dá:
Pra calcular , podemos usar as temperaturas:
Passando essas temperaturas pra Kelvins:
Assim:
Show?
Bom, o calor absorvido em um minuto é dado por:
Pronto! Agora, usando a primeira relação:
Passo 4
d)
Não! Pela a expressão do rendimento de Carnot:
Assim, ela só depende das temperaturas das fontes quente e fria, não dependendo da natureza do gás.
Resposta
a)
Ciclo de Carnot
b)
c)
d)
Não!