UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 3 de Física
Enunciado em texto
Em relação às máquinas térmicas, assinale o que for correto.
(01) É impossível realizar um processo cujo único resultado seja remover uma certa quantidade de energia na forma de calor de uma fonte quente e transformá-la em trabalho.
(02) O rendimento de uma máquina térmica é sempre não negativo e não maior do que 1.
(04) O ciclo reversível de máximo rendimento operando entre duas fontes térmicas (a temperaturas diferentes) deve necessariamente ser formado por duas isotermas ligadas por duas transformações isobáricas.
(08) Em uma máquina de Carnot, os trechos do ciclo em que há variação da temperatura do sistema devem ocorrer sem trocas de calor, ou seja, através de processos adiabáticos reversíveis.
(16) O ciclo de Carnot é um ciclo reversível de máximo rendimento operando entre duas fontes térmicas (a temperaturas diferentes).
(Enunciado: Vestibular UEM 2018 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).
Resolução comentada
O que a questão pede: julgar afirmações sobre a segunda lei da Termodinâmica e o ciclo de Carnot.
(01) Verdadeira. É o enunciado de Kelvin-Planck da segunda lei: nenhuma máquina cíclica converte integralmente em trabalho o calor retirado de uma única fonte; parte tem de ser rejeitada para uma fonte fria.
(02) Verdadeira. O rendimento é
Para uma máquina térmica, e , então . (Pela segunda lei, na verdade , o que não contradiz “não maior do que 1”.)
(04) Falsa. O ciclo de máximo rendimento é o de Carnot: duas isotermas ligadas por duas adiabáticas, não por isobáricas. Num trecho isobárico o gás troca calor com temperatura variando, o que não pode ser feito reversivelmente com só duas fontes.
(08) Verdadeira. Com só duas fontes, o sistema só pode trocar calor reversivelmente quando está na temperatura de uma delas (trechos isotérmicos). Para passar de uma temperatura à outra, sem trocar calor a temperaturas diferentes, os trechos têm de ser adiabáticos reversíveis.
(16) Verdadeira. É o teorema de Carnot: entre duas fontes, nenhuma máquina supera a de Carnot, cujo rendimento é .
⚠️ A armadilha: a (04). Isotérmica + isobárica é a “cara” de outros ciclos (como o de Stirling, com isocóricas); o de Carnot é isotérmica + adiabática.
A ideia em uma frase: nenhuma máquina converte todo o calor em trabalho; a melhor possível é a de Carnot, com duas isotermas e duas adiabáticas.
Resposta: soma 27 (01 + 02 + 08 + 16).
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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