A máquina térmica é um dispositivo que transforma a energia interna de um combustível em energia mecânica. Também pode ser definida como o dispositivo capaz de converter calor em trabalho. Tanto as máquinas térmicas a vapor da água quanto as máquinas de combustão interna, que operam devido aos gases gerados pela queima de combustível, têm seu funcionamento baseado no aumento da energia interna das substâncias envolvidas e no trabalho utilizado. Um tipo ideal de máquina térmica é a máquina de Carnot, que utiliza o calor com maior eficiência para realizar trabalho útil. Suponha que uma máquina de Carnot opere com as seguintes temperaturas: 800 K a temperatura quente e 200 K a temperatura fria. A eficiência em porcentagem dessa máquina térmica é
a) 25%
b) 40%
c) 45%
d) 50%
e) 75%.
a) 25%
b) 40%
c) 45%
d) 50%
e) 75%.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre máquinas térmicas, especificamente sobre a Eficiência de uma Máquina de Carnot. A gente vai precisar entender o que é uma máquina térmica, o que caracteriza uma máquina de Carnot e como calcular a eficiência dela usando as temperaturas fornecidas. Vamos lá!
Passo 2
Primeiro, uma máquina térmica é um dispositivo que converte calor em trabalho. No caso da máquina de Carnot, que é um modelo ideal, a eficiência é a melhor possível que uma máquina térmica pode ter operando entre duas temperaturas.
Passo 3
A eficiência de uma máquina de Carnot é calculada usando a seguinte fórmula:
Onde:
-
é a eficiência, -
é a temperatura fria, -
é a temperatura quente.
Passo 4
Vamos identificar as temperaturas dadas no exercício:
- Temperatura quente (
) = 800 K - Temperatura fria (
) = 200 K
Passo 5
Agora, vamos substituir esses valores na fórmula da eficiência:
Passo 6
Vamos calcular a fração dentro da fórmula:
Passo 7
Subtraímos esse valor de 1 para encontrar a eficiência:
Passo 8
Para expressar a eficiência em porcentagem, multiplicamos por 100:
Resposta
A eficiência dessa máquina térmica é 75%, ou seja, a alternativa e) 75%.