O 2^{\circ} princípio da Termodinâmica pode ser enunciado da seguinte forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho.” Por extensão, esse princípio nos leva a concluir que:* a) Sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100%; b) Qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente; c) Calor e trabalho não são grandezas homogêneas; d) Qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria; e) Somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0^{\circ} \mathrm{C}, seria possível a uma certa máquina térmica converter integralmente calor em trabalho

Passo 1

O enunciado apresenta o segundo princípio da Termodinâmica na forma: “É impossível construir uma máquina térmica operando em ciclos, cujo único efeito seja retirar calor de uma fonte e convertê-lo integralmente em trabalho”. O conteúdo da matéria é a imposição de uma fonte fria num ciclo térmico e o que precisamos usar é o fato de que, pela segunda lei, não se pode ter rendimento igual a 100 %.

Passo 2

Chamar Q_h a quantidade de calor retirada da fonte quente e W o trabalho útil produzido. Se fosse possível converter todo Q_h em W, teríamos rendimento
\eta = \frac{W}{Q_h} = 1,
ou seja, 100\%. Mas o segundo princípio nega exatamente essa possibilidade.

Passo 3

Como não se pode ter \eta=1, a diferença entre o calor extraído e o trabalho produzido
Q_c = Q_h - W
deve ser positiva. Esse Q_c representa calor rejeitado a uma segunda fonte, a chamada fonte fria.

Passo 4

Analisando as alternativas:
a) “Sempre se pode construir máquinas térmicas cujo rendimento seja 100\%” contradiz o enunciado.
b) “Qualquer máquina térmica necessita apenas de uma fonte quente” ignora a rejeição de calor.
c) “Calor e trabalho não são grandezas homogêneas” é verdade, mas não é conclusão direta do enunciado.
d) “Qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria” coincide exatamente com Q_c>0.
e) “Somente com uma fonte fria, mantida sempre a 0^\circ\mathrm{C}, seria possível converter integralmente calor em trabalho” é falso: não basta uma fonte fria a 0^\circ\mathrm{C}, e mesmo assim não se chega a 100\%.

Resposta

d) Qualquer máquina térmica retira calor de uma fonte quente e rejeita parte desse calor para uma fonte fria.

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