ACAFE 2025 (Verão) — questão 31 de Física
Enunciado em texto
Sadi Carnot, considerado o pai da termodinâmica, foi um físico francês do século XIX que desenvolveu conceitos fundamentais para o estudo da eficiência das máquinas térmicas. Em sua obra “Reflexões sobre a Potência Motriz do Fogo”, Carnot explorou o ciclo de operações de uma máquina térmica ideal, hoje conhecido como Ciclo de Carnot. Sua contribuição ajudou a formular a Segunda Lei da Termodinâmica, que estabelece limites fundamentais para o rendimento de qualquer máquina.
Com base nos conceitos de Carnot e nas leis da termodinâmica, assinale a alternativa CORRETA.
A) O ciclo de Carnot consiste, exclusivamente, em processos isotérmicos e adiabáticos, nos quais o trabalho realizado é máximo.
B) Uma máquina de Carnot pode atingir 100% de rendimento se for operada entre uma fonte quente a 500 K e uma fonte fria a 300 K, desde que o ciclo seja ideal.
C) Segundo o princípio de Carnot, algumas máquinas térmicas, como as frigoríficas, podem ter rendimento superior a uma máquina de Carnot, que opera entre as mesmas fontes térmicas.
D) O ciclo de Carnot descreve um processo real onde a entropia do sistema diminui, violando a segunda lei da termodinâmica.
(Enunciado: Vestibular de Medicina ACAFE — Verão 2025, Física — ACAFE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Associação Catarinense das Fundações Educacionais (ACAFE).
Resolução comentada
O que a questão pede: a afirmação correta sobre o ciclo de Carnot.
Passo 1 — como é o ciclo. O ciclo de Carnot é formado por duas isotermas (a expansão na temperatura da fonte quente e a compressão na da fonte fria) e duas adiabáticas (que levam o gás de uma temperatura à outra sem trocar calor). Mais nada. Todas as etapas são reversíveis.
Passo 2 — por que ele é o melhor. Pelo teorema de Carnot, nenhuma máquina operando entre as mesmas duas temperaturas tem rendimento maior que o dele. Para o mesmo calor retirado da fonte quente, é o ciclo que entrega o maior trabalho possível. Isso confirma a (A).
Passo 3 — o rendimento máximo entre 500 K e 300 K:
Bem longe de 100%: a (B) está errada. Rendimento de 100% exigiria fonte fria a 0 K, o que é impossível.
Por que não as outras: (B) contradiz a conta acima; (C) é o oposto do princípio de Carnot: nenhuma máquina entre as mesmas fontes supera a de Carnot; (D) também está errada duas vezes: o ciclo de Carnot é ideal (reversível), não real, e num ciclo reversível a entropia total do sistema e das fontes não diminui; ele não viola a segunda lei, ele é o limite que ela permite.
⚠️ A armadilha: a (B), com o “desde que o ciclo seja ideal”. Ser ideal (reversível) não tira o limite: mesmo o ciclo perfeito entre 500 K e 300 K rende só 40%, porque parte do calor tem de ir obrigatoriamente para a fonte fria.
A ideia em uma frase: o ciclo de Carnot é feito de duas isotermas e duas adiabáticas e dá o maior rendimento possível entre duas temperaturas, que mesmo assim é , menor que 100%.
Resposta: alternativa A.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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