Questão 14 - UFRGS - 2020

Uma máquina de Carnot apresenta um rendimento de 40%, e a temperatura de sua fonte quente é 500 K. A máquina opera a uma potência de 4,2 kW e efetua 10 ciclos por segundo. Qual é a temperatura de sua fonte fria e o trabalho que a máquina realiza em cada ciclo? 

(A) 200 K - 42 J. 

(B) 200 K - 420 J.

(C) 200 K - 42.000 J.

(D) 300 K - 42 J. 

(E) 300 K - 420 J

Resolução:

Primeiramente retirando do texto as informações e as solicitações da questão temos:

E as solicitações desta questão são: o trabalho, ou seja, a energia utilizada pela máquina em cada ciclo e a temperatura da fonte fria que retira a energia do sistema.

Inicialmente temos o seguinte:

Como é fornecida a potência da máquina, a potência é definida por

razão entre trabalho e tempo.

A Potência é em watt determinada por 

Watt é em Joule por segundo, assim

A potencia fornecida pela máquina é o trabalho nos dez ciclo, logo, para cada ciclo o trabalho é realizado em Joules

A cada ciclo o trabalho é de 420 Joules.

R1: 420J por ciclo.

Para determinar a temperatura da fonte fria partimos do rendimento das máquinas térmicas, assim

Como vemos, o rendimento da máquina térmica depende da razão entre as temperaturas da fonte fria e da fonte quente, respectivamente.

R2: Temperatura da fonte fria: 300K

Resposta:

(E) 300K - 420 J

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UFRGS - 2016 - Questão 14

Uma máquina térmica, representada na figura abaixo, opera na sua máxima eficiência, extraindo calor de um reservatório em temperatura T_q = 527 °C, e liberando calor para um reservatório em temperatura T_f = 327 °C

Para realizar um trabalho (W) de  600 J, o calor absorvido deve ser de

(A) 2400 J. 

(B) 1800 J. 

(C) 1581 J. 

(D) 967 J. 

(E) 800 J.

A eficiência termodinâmica em termos das temperaturas da fonte quente e da fonte fria é dada por:

e em termos do trabalho realizado pela máquina térmica e o calor absorvido da fonte quente,
As temperaturas devem estar na escala Kelvin, assim:

T_q = 527 °C + 273 = 800 K

T_f = 327 °C + 273 = 600 K

Por outro lado, a eficiência em termos do trabalho e do calor da fonte quente:

Resposta, item (A).