UEPG 2024 (Vocacionada) — questão 39 de Física
Enunciado em texto
Em 1824, ao estudar os rendimentos de máquinas térmicas, Nicolas Sadi Carnot formulou sua famosa teoria. Em relação aos seus postulados e ao funcionamento de máquinas térmicas operando segundo o ciclo de Carnot, mostrado na figura abaixo, assinale o que for correto.
[Figura: diagrama P × V com duas isotermas, T1 (mais alta) e T2 (mais baixa). O ciclo é A → B pela isoterma T1 (expansão, seta para a direita), B → C descendo por uma adiabática até a isoterma T2, C → D pela isoterma T2 (compressão, seta para a esquerda) e D → A subindo por outra adiabática. O ciclo é percorrido no sentido horário.]
(01) No ciclo de Carnot, o rendimento depende das razões entre as temperaturas absolutas das fontes fria e quente.
(02) Na figura, o processo AB corresponde a uma expansão em que o gás retira calor da fonte quente.
(04) A área do ciclo ABCDA é numericamente igual ao trabalho realizado pela máquina térmica.
(08) Na figura, o processo CD corresponde a uma compressão em que o gás retira calor da fonte fria.
(16) Para uma máquina térmica operando de acordo com o ciclo de Carnot, não é possível transformar certa quantidade de calor totalmente em trabalho.
(Enunciado e figura: Vestibular 2023 (1ª etapa) UEPG — UEPG.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Ponta Grossa (UEPG), Coordenadoria de Processos de Seleção (CPS).
Resolução comentada
O que a questão pede: julgar cinco afirmações sobre o ciclo de Carnot do diagrama.
(01) Verdadeira. O rendimento de Carnot depende só da razão entre as temperaturas absolutas das fontes:
(02) Verdadeira. AB está sobre a isoterma mais alta (T1) e o volume aumenta. Numa expansão isotérmica, ΔU = 0 e o gás realiza trabalho; esse trabalho é pago com calor recebido da fonte quente.
(04) Verdadeira. No diagrama p × V, a área dentro do ciclo é o trabalho líquido. Percorrido no sentido horário, o ciclo é de máquina térmica (trabalho positivo, realizado pelo gás).
(08) Falsa. CD é, sim, uma compressão isotérmica (sobre T2), mas aí o trabalho é feito sobre o gás e, como ΔU = 0, o gás cede calor à fonte fria. Ele não retira calor dela.
(16) Verdadeira. Nem a máquina de Carnot, a mais eficiente possível entre duas fontes, transforma todo o calor recebido em trabalho: o rendimento é sempre menor que 1 (seria 1 só com K, inatingível). Parte do calor sempre vai para a fonte fria.
⚠️ A armadilha: a (08). Nas duas isotermas o gás troca calor com uma fonte, mas em sentidos opostos: recebe na expansão (da quente) e cede na compressão (para a fria).
A ideia em uma frase: no ciclo de Carnot o gás recebe calor da fonte quente na expansão isotérmica e cede à fonte fria na compressão; o rendimento é 1 − T₂/T₁, sempre menor que 100%.
Resposta: soma 23 (01 + 02 + 04 + 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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