1. Uma máquina térmica executa um ciclo entre as temperaturas 500 K (fonte quente) e 400 K (fonte fria). Qual o máximo rendimento que essa máquina poderá ter?
2. Calcule o rendimento máximo teórico de uma máquina a vapor cujo fluido entra a 400 °C e abandona o cilindro a 105 °C.
3. Certa máquina térmica deve operar entre uma fonte quente a 127 °C e uma fonte fria a 27 °C. Se ela receber por ciclo 1 000 cal, qual o máximo rendimento correspondente e qual o trabalho em joules que pode fornecer? Considere: 1 cal = 4,2 J.
4. Um cubo de gelo de 20 g a 0 °C é colocado numa bacia com água a pressão atmosférica normal. Admite-se que o gelo absorve calor apenas da água da bacia, que se mantém a temperatura constante, e derrete completamente. Determine a variação da entropia do gelo durante o processo de fusão. Dado: L_Fusão = 80 cal/g; 1 cal = 4,2 J
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1) O máximo rendimento de uma máquina térmica se dá em um ciclo de Carnot, em que as temperaturas das fontes fria e quente são proporcionais. Assim, para saber o rendimento desse tipo de máquina deve-se usar a fórmula, onde "n" é rendimento; "Tf" é temperatura fonte fria e "Tq" é temperatura fonte quente:
n= 1 - 400/500= 1-0,8= 0,2 ou 20 %
2) nesta questão, aplica-se o mesmo princípio da questão 1, porém as temperaturas precisam ser convertidas para temperatura absoluta (Kelvin) - assim, Tq=400+273= 673 K e Tf=105+273=378
n= 1- 378/673=(aproximadamente) 1-0,56 = 0,44 ou 44%
3) a questão novamente fala em máximo de rendimento, então aplica-se o mesmo princípio passando as temperaturas para a escala Kelvin: Tq=127+273 = 400 k / Tf=27+273 = 300 k. Portanto, n= 1 - 300/400= 0,25 ou 25 %.
Como rendimento é a razão (divisão) entre trabalho e calor fornecidoz tem-se: n=Trabalho / Qfornecido. Portanto: Trabalho=n . Qfornecido. Trabalho = 0,5*1000=500 J. Trabalho = 500 Joules.
4) Lembrando que a letra grega Delta significa variação. A variação da entropia durante a fusão é dado por DeltaS= Calor/Temperatura (lembrar de multiplicar por 4,2 para passar de caloria para Joule). Lembrando: T= 0 °C = 273 Kelvin
Assim DeltaS = m. L/T = 20.80.4,2/273 = 24,61 (aproximadamente)
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