PUC-RS 2012 (inverno) — questão 7 de Física
Enunciado em texto
Um fabricante alega ter construído uma máquina térmica que, operando entre duas fontes térmicas cujas temperaturas são 200K e 100K, em cada ciclo retira 100J da fonte quente, cede 25J para a fonte fria e realiza 75J de trabalho.
Nesse contexto, é correto concluir que a alegação do fabricante é
(A) inviável, visto que essa máquina térmica contraria tanto a 1ª quanto a 2ª lei da termodinâmica.
(B) inviável, visto que o rendimento termodinâmico dessa máquina seria superior ao de uma máquina operando pelo ciclo de Carnot entre as mesmas temperaturas.
(C) viável, visto que essa máquina térmica atenderia o princípio da conservação da energia.
(D) viável, visto que seu rendimento é menor que a unidade.
(E) viável, visto que a temperatura da fonte quente é maior que a da fonte fria.
(Enunciado: Concurso Vestibular PUC-RS 2012 (Inverno) — PUCRS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).
Resolução comentada
O que a questão pede: se a máquina descrita pode existir.
Passo 1 — primeira lei. Entram 100 J, saem 25 J + 75 J = 100 J. A energia se conserva: a 1ª lei está satisfeita. Isso derruba a A.
Passo 2 — o rendimento alegado:
Passo 3 — o limite de Carnot entre 200 K e 100 K:
Nenhuma máquina operando entre essas temperaturas pode passar de 50% (é uma forma da segunda lei). 75% > 50%: a máquina é impossível.
Por que não as outras: C, D e E citam condições necessárias, mas não suficientes: conservar energia, ter rendimento menor que 1 e ter fonte quente mais quente que a fria não bastam; é preciso respeitar o limite de Carnot.
⚠️ A armadilha: conferir só a conservação da energia (100 = 25 + 75) e marcar a C. A 1ª lei diz o que é possível em termos de energia; a 2ª limita quanto calor pode virar trabalho.
A ideia em uma frase: nenhuma máquina térmica supera o rendimento de Carnot, , entre as mesmas temperaturas.
Resposta: alternativa B (inviável: 75% > 50% de Carnot).
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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