UEL 2014 — questão 25 de Física
Enunciado em texto
A Revolução Industrial foi acompanhada por profundas transformações na Europa. Os novos meios de transporte, que utilizavam as máquinas térmicas recém-criadas, foram essenciais aos avanços relacionados à industrialização por todo o continente. Naquele período, foi demonstrado teoricamente que uma máquina térmica ideal é aquela que descreve um ciclo especial, denominado ciclo de Carnot.
Sobre os princípios físicos da termodinâmica e do ciclo de Carnot, assinale a alternativa correta.
a) As máquinas térmicas, que operam em ciclos, são incapazes de retirar o calor de uma fonte e o transformar integralmente em trabalho.
b) Em uma máquina térmica que opera em ciclos de Carnot, ocorrem duas transformações isobáricas e duas isovolumétricas.
c) No ciclo de Carnot, ocorre uma transformação reversível, enquanto as demais são irreversíveis.
d) O rendimento de uma máquina térmica é nulo quando as etapas do ciclo de Carnot forem transformações reversíveis.
e) Uma máquina térmica é capaz de transferir calor de um ambiente frio para um quente sem a necessidade de consumir energia externa.
(Enunciado: Vestibular UEL 2014, 1ª fase — COPS/UEL.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Londrina (UEL) e à sua Coordenadoria de Processos Seletivos (COPS/UEL).
Resolução comentada
O que a questão pede: a afirmação correta sobre a segunda lei da termodinâmica e o ciclo de Carnot.
Passo 1 — a segunda lei (enunciado de Kelvin-Planck). Nenhuma máquina térmica, operando em ciclos, consegue retirar calor de uma única fonte quente e convertê-lo inteiro em trabalho: uma parte do calor sempre tem de ser rejeitada para a fonte fria. Em números:
É exatamente o que diz a (A).
Passo 2 — o ciclo de Carnot. São quatro etapas, todas reversíveis: uma expansão isotérmica (na temperatura da fonte quente), uma expansão adiabática, uma compressão isotérmica (na temperatura da fonte fria) e uma compressão adiabática. O rendimento é o máximo possível entre essas duas temperaturas (em kelvin):
Por que não as outras:
• (B) Falsa: são duas isotérmicas e duas adiabáticas, não isobáricas e isovolumétricas.
• (C) Falsa: no ciclo de Carnot as quatro transformações são reversíveis.
• (D) Falsa: com etapas reversíveis o rendimento não é nulo; é o maior possível, .
• (E) Falsa: contraria o enunciado de Clausius. Calor só passa do frio para o quente se algo gastar energia (trabalho), como faz a geladeira com o compressor.
⚠️ A armadilha: a (E). A geladeira de fato leva calor do frio para o quente, mas à custa de energia elétrica. O “sem consumir energia externa” é o que torna a frase falsa.
A ideia em uma frase: nenhuma máquina térmica transforma todo o calor em trabalho; a melhor possível, a de Carnot, tem quatro etapas reversíveis (duas isotérmicas e duas adiabáticas) e rendimento .
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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