Determinada máquina de Carnot opera entre as temperaturas de e , realizando um trabalho de 2350 J a cada ciclo de operação. Determine o calor devolvido à fonte fria a cada ciclo.

Passo 1

Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos uma máquina de Carnot, que é um tipo ideal de motor térmico, operando entre duas temperaturas: 600 °C (temperatura quente) e 15 °C (temperatura fria). A máquina realiza um trabalho de 2350 J a cada ciclo de operação. Nosso objetivo é descobrir quanto de calor é devolvido à fonte fria em cada ciclo.
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de termodinâmica, especificamente relacionados ao ciclo de Carnot. Vamos seguir passo a passo para chegar à resposta.

Passo 2

Primeiro, devemos converter as temperaturas de Celsius para Kelvin, pois nas fórmulas termodinâmicas as temperaturas devem estar na escala Kelvin.
A fórmula para converter Celsius para Kelvin é:
Portanto:
  • Temperatura quente:
  • Temperatura fria:

Passo 3

Agora, vamos lembrar que a eficiência de uma máquina de Carnot é dada por:
Substituindo os valores que calculamos:
Isso significa que a máquina converte 67% do calor absorvido em trabalho útil.

Passo 4

Sabemos que o trabalho realizado pela máquina é a diferença entre o calor absorvido da fonte quente ( ) e o calor devolvido à fonte fria ( ):
Rearranjando para encontrar :
Mas ainda precisamos relacionar com a eficiência. A eficiência também pode ser expressa como:
Rearranjando para :

Passo 5

Substituindo os valores que temos:
Agora, usando a equação para :

Resposta

O calor devolvido à fonte fria a cada ciclo é aproximadamente 1168 J.

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