Uma máquina de Carnot opera entre as temperaturas 850 K e 300 K. A máquina realiza 1200 J de trabalho em cada ciclo, que leva
. d) Qual é a energia liberada em forma de calor para a fonte fria a cada ciclo?
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão fala sobre uma máquina de Carnot que opera entre duas temperaturas: 850 K (fonte quente) e 300 K (fonte fria). Ela realiza um trabalho de 1200 J em cada ciclo, que dura 0,25 segundos. O que precisamos descobrir é: qual é a energia liberada na forma de calor para a fonte fria em cada ciclo? Aqui, vamos usar conceitos de termodinâmica, especificamente relacionados ao ciclo de Carnot e eficiência de máquinas térmicas.
Passo 2
Primeiro, precisamos entender a eficiência de uma máquina de Carnot. A eficiência (
) de uma máquina térmica de Carnot é dada pela fórmula:
onde:
-
é a temperatura da fonte fria (300 K) -
é a temperatura da fonte quente (850 K)
Passo 3
Vamos calcular a eficiência usando os valores fornecidos:
Isso significa que 64,71% da energia absorvida da fonte quente é convertida em trabalho.
Passo 4
Sabemos que a eficiência também pode ser expressa pela relação entre o trabalho (
) e o calor absorvido da fonte quente (
):
Podemos rearranjar essa fórmula para encontrar
:
Agora, para encontrar o calor liberado para a fonte fria (
), usamos a primeira lei da termodinâmica, que nos diz que a diferença entre o calor absorvido e o trabalho realizado é igual ao calor liberado:
Resposta
A energia liberada em forma de calor para a fonte fria a cada ciclo é aproximadamente 656 J.
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