Muitos processos termodinâmicos ocorrem naturalmente em uma direção específica, mas não na direção oposta. Por exemplo, o resfriamento de um ambiente fechado em um dia muito quente precisa de energia elétrica para ser realizado, como no caso de um ar-condicionado. Como outro exemplo, é fácil converter completamente a energia mecânica em calor, o que acontece sempre que usamos o freio para parar um carro. No entanto, no sentido oposto, existem muitos dispositivos que convertem parcialmente o calor em energia mecânica, como o motor de um automóvel. Mas como o inventor mais talentoso ainda não conseguiu construir uma máquina capaz de converter totalmente uma quantidade de calor em energia mecânica? A resposta a essas duas perguntas está relacionada às direções dos processos termodinâmicos e é fornecida pela segunda lei da termodinâmica. Com relação aos diversos conceitos relacionados à segunda lei da termodinâmica, analise as proposições a seguir:
I. As máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica com consequente realização de trabalho;
II. O enunciado da segunda lei da termodinâmica afirma que o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente;
III. Um motor a gasolina operando em um ciclo Otto possui uma eficiência máxima teórica cujo valor pode, em situações extremas, ser igual a 100%;
IV. Um refrigerador recebe calor de uma fonte mais fria, recebe um trabalho e rejeita calor em uma fonte mais quente. Sendo assim, é possível usar a geladeira como ar-condicionado para uma cozinha fechada, desde que a geladeira seja mantida aberta o tempo todo.
I. As máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica com consequente realização de trabalho;
II. O enunciado da segunda lei da termodinâmica afirma que o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente;
III. Um motor a gasolina operando em um ciclo Otto possui uma eficiência máxima teórica cujo valor pode, em situações extremas, ser igual a 100%;
IV. Um refrigerador recebe calor de uma fonte mais fria, recebe um trabalho e rejeita calor em uma fonte mais quente. Sendo assim, é possível usar a geladeira como ar-condicionado para uma cozinha fechada, desde que a geladeira seja mantida aberta o tempo todo.
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos quatro afirmações sobre a segunda lei da termodinâmica e conceitos relacionados. Nosso objetivo aqui é analisar cada uma dessas proposições para ver se estão corretas ou não. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre máquinas térmicas, eficiência de motores, refrigeradores e o que a segunda lei da termodinâmica realmente diz.
Passo 2
Proposição I: “As máquinas térmicas são dispositivos usados para converter energia térmica em energia mecânica com consequente realização de trabalho.”
Vamos por partes. Máquinas térmicas são realmente dispositivos que fazem essa conversão de energia térmica para mecânica, aproveitando diferenças de temperatura para realizar trabalho. Um exemplo clássico é o motor de combustão interna em carros, que converte o calor da queima de combustível em movimento.
Conclusão: A proposição I está correta.
Passo 3
Proposição II: “O enunciado da segunda lei da termodinâmica afirma que o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo mais quente.”
Sim, isso está alinhado com a segunda lei da termodinâmica. Basicamente, o calor flui naturalmente do corpo quente para o frio, e para inverter isso (como em um refrigerador), é necessário trabalho externo. Isso impede que o calor passe espontaneamente do frio para o quente.
Conclusão: A proposição II está correta.
Passo 4
Proposição III: “Um motor a gasolina operando em um ciclo Otto possui uma eficiência máxima teórica cujo valor pode, em situações extremas, ser igual a 100%.”
Aqui a coisa complica. Segundo a segunda lei da termodinâmica, nenhuma máquina térmica pode ser 100% eficiente porque sempre parte da energia térmica é dissipada como calor. No ciclo Otto, que é o ciclo termodinâmico de um motor a gasolina, a eficiência máxima é sempre menor que 100%, dependendo das temperaturas de operação.
Conclusão: A proposição III está incorreta.
Passo 5
Proposição IV: “Um refrigerador recebe calor de uma fonte mais fria, recebe um trabalho e rejeita calor em uma fonte mais quente. Sendo assim, é possível usar a geladeira como ar-condicionado para uma cozinha fechada, desde que a geladeira seja mantida aberta o tempo todo.”
Essa proposição mistura conceitos. Embora seja verdade que um refrigerador transfere calor do ambiente interno para o externo usando trabalho, usá-lo como ar-condicionado em uma cozinha fechada mantendo-a aberta não é eficiente e pode não funcionar como esperado. Além disso, há considerações práticas sobre o fluxo de ar e a eficiência energética que não são atendidas simplesmente deixando a geladeira aberta.
Conclusão: A proposição IV está incorreta.
Resposta
As proposições I e II estão corretas, enquanto as proposições III e IV estão incorretas.