11- Uma máquina térmica trabalha extraindo da fonte quente 300 J de calor e rejeitando para a fonte fria 150 J , em cada ciclo.
a) Qual é o trabalho realizado por ela em cada ciclo?
b) Qual é o seu rendimento?

Passo 1

O enunciado nos diz que numa máquina térmica, em cada ciclo, ela recebe da fonte quente Q_h = 300\text{ J} e rejeita para a fonte fria Q_c = 150\text{ J}. Vamos usar a primeira lei da termodinâmica para máquinas térmicas, que relaciona o calor recebido, o calor rejeitado e o trabalho realizado, e depois a definição de rendimento.

Passo 2

A primeira lei para uma máquina térmica em ciclo fechado afirma que o trabalho realizado W é a diferença entre o calor recebido e o calor rejeitado:
W = Q_h - Q_c.
Substituindo os valores
W = 300\text{ J} - 150\text{ J} = 150\text{ J}.

Passo 3

O rendimento \eta de uma máquina térmica é dado pela razão entre o trabalho útil e o calor recebido da fonte quente:
\eta = \frac{W}{Q_h}.
Substituindo W = 150\text{ J} e Q_h = 300\text{ J} temos
\eta = \frac{150\text{ J}}{300\text{ J}} = 0,5 = 50\%.

Resposta

a) 150\text{ J}
b) 50\%

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