Considere o maior trem a vapor do mundo funcione como se fosse uma máquina térmica que opera em um ciclo termodinâmico realizando trabalho. Vamos considerar que tal máquina receba 500 J de uma fonte quente cuja temperatura é de 400 K e rejeita 200 J para uma fonte fria, que se encontra a 200k. Neste ciclo, a máquina térmica realiza um trabalho de 200 J.
Analisando o ciclo termodinâmico acima, conclui-se que:
A máquina térmica é um refrigerador ou motor térmico?
Essa máquina térmica atende ou não atende a 1° lei da termodinâmica?
O rendimento desta máquina é maior que / menor que ou igual a 50% ?
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Dados:
1 - Quando o ciclo termodinâmico realiza trabalho, então ele opera como um motor térmico (ou máquina térmica).
2 - Para descobrir se o ciclo termodinâmico respeita a 1ª Lei (ou princípio da conservação de energia), é necessário aplicá-la. Considerando que o Ciclo opera em regime permanente (propriedades físicas não variam com o tempo), tem-se pela 1ª Lei:
No ciclo em questão, a energia que entra no motor do trem é o calor vindo da fonte quente, enquanto as energias que saem são o trabalho e o calor rejeitado para a fonte fria. Assim, pela equação anterior, tem-se:
Como a soma do trabalho com o calor rejeitado NÃO é igual ao calor fornecido, então o ciclo não respeita a 1ª Lei da Termodinâmica.
3 - Como a máquina implantada não respeita a 1ª Lei, o mais correto nesta alternativa seria determinar o maior rendimento possível. Para tal, deve-se considerar uma máquina térmica operando como um Ciclo de Carnot. Assim, o rendimento máximo que uma máquina térmica pode obter nesta situação é dada por:
Assim, a eficiência máxima de um ciclo operando entre os reservatórios é de 50%.
Obs.: Se mesmo assim a ideia for de determinar a eficiência do motor que descumpre a 1ª Lei, então a eficiência é calculada por:
Assim, a eficiência do motor é menor que 50%.
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