Explique como funciona o ciclo de uma máquina térmica e a forma de mensurar sua eficiência.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede pra gente explicar como funciona o ciclo de uma máquina térmica e como medir a eficiência dela. Isso tá ligado à termodinâmica, que é a parte da física que estuda calor e trabalho. Vamos precisar entender os conceitos básicos de ciclos térmicos e como calcular a eficiência dessas máquinas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é uma máquina térmica. Basicamente, é um dispositivo que transforma calor em trabalho. Pense num carro: o motor usa combustível para gerar calor, e esse calor é convertido em movimento, que é o trabalho que faz o carro andar.
Passo 3
O ciclo de uma máquina térmica é o caminho que o sistema percorre para transformar calor em trabalho e depois voltar ao estado inicial. Um dos ciclos mais conhecidos é o Ciclo de Carnot, que é um modelo idealizado composto por duas transformações isotermais (a temperatura constante) e duas adiabáticas (sem troca de calor com o ambiente).
Passo 4
Vamos detalhar o Ciclo de Carnot:
- Compressão Isotérmica: O gás é comprimido a temperatura constante, retirando calor do sistema.
- Compressão Adiabática: O gás continua sendo comprimido, mas sem troca de calor, aumentando sua temperatura.
- Expansão Isotérmica: O gás se expande a temperatura constante, liberando calor para o ambiente.
- Expansão Adiabática: O gás se expande sem troca de calor, diminuindo sua temperatura até voltar ao estado inicial.
Passo 5
Agora, como medir a eficiência dessa máquina? A eficiência térmica (
) é a relação entre o trabalho útil realizado (
) e o calor absorvido da fonte quente (
). A fórmula fica assim:
Onde
é o calor rejeitado para o ambiente frio.
Resposta
Então, resumindo, o ciclo de uma máquina térmica envolve etapas de compressão e expansão do gás, alternando entre transformações isotermais e adiabáticas para transformar calor em trabalho. A eficiência dessa máquina é medida pela razão entre o trabalho realizado e o calor absorvido, dada por
. Quanto mais eficiente, menos calor é desperdiçado e mais trabalho é aproveitado.
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Deduza: