Qual o rendimento de uma máquina de Carnot? Por que o rendimento de uma máquina térmica não pode ser 100 %, mesmo para a máquina de Carnot?

Passo 1

Vamos lá! A questão pede para a gente entender qual é o rendimento de uma máquina de Carnot e por que nenhuma máquina térmica pode ter 100% de eficiência, mesmo a de Carnot. Isso envolve conceitos de Termodinâmica, especificamente sobre ciclos termodinâmicos e a eficiência das máquinas térmicas.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre a máquina de Carnot. Ela é um modelo teórico que define o melhor desempenho possível que uma máquina térmica pode ter operando entre duas temperaturas específicas. Esse modelo nos dá a eficiência máxima que qualquer máquina térmica operando entre essas duas temperaturas pode alcançar.

Passo 3

A eficiência ( eta = 1 - TfriaTquente ) de uma máquina de Carnot é dada pela fórmula:
onde é a temperatura da fonte quente e é a temperatura da fonte fria, ambas medidas em Kelvin.

Passo 4

Agora, por que não podemos ter uma eficiência de 100%? Se quiséssemos 1 = 1 - TfriaTquente , a equação ficaria:
Resolvendo isso, teríamos , o que implicaria que a temperatura da fonte fria seria zero Kelvin, algo que é impossível na prática devido às leis da termodinâmica.

Passo 5

Além disso, sempre haverá alguma transferência de calor para a fonte fria, mesmo que mínima, o que impede que toda a energia térmica seja convertida em trabalho. Isso está ligado ao segundo princípio da termodinâmica, que diz que a entropia do universo tende a aumentar, impossibilitando processos 100% eficientes.

Resposta

A eficiência de uma máquina de Carnot é . Nenhuma máquina térmica pode ter 100% de eficiência porque isso exigiria que a temperatura da fonte fria fosse zero Kelvin, o que é impossível, e sempre haverá alguma transferência de calor que impede a conversão total de energia térmica em trabalho.

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