Exemplo 1: Um inventor diz ter inventado uma máquina térmica motora que produz um trabalho útil de 400 kJ para uma energia de entrada por calor de 1.000 kJ . Qual a eficiência térmica desta máquina.
Passo 1
O enunciado dá os seguintes dados (vou listar exatamente o que foi informado):
- Trabalho útil produzido:
. - Energia de entrada por calor:
.
O que o problema pede:
- Calcular a eficiência térmica dessa máquina.
Passo 2
Definimos a eficiência térmica como a razão entre o trabalho útil produzido e a energia térmica fornecida. Em fórmulas:
Explicando cada símbolo:
-
é a eficiência térmica (adimensional, número entre e ). -
é o trabalho útil extraído da máquina (energia que vira trabalho). -
é o calor entregue à máquina (energia fornecida).
Importante: eficiência é uma razão de energias, portanto adimensional; costuma-se expressá‑la também em porcentagem multiplicando por
.
Passo 3
Verifique as unidades: aqui
e
estão ambas em
, portanto já são compatíveis e podemos dividir diretamente sem converter unidades. (Se fossem diferentes, converter para a mesma unidade — por exemplo para
usando
— antes de dividir.)
Passo 4
Aplicando a fórmula com os números do enunciado:
Agora simplificando a fração:
Passo 5
Convertendo para porcentagem (mais intuitivo em muitos contextos):
Interpretação direta: a cada
de calor fornecido,
são convertidos em trabalho útil e os restantes
não viram trabalho (são rejeitados como calor).
Passo 6
Podemos também calcular o calor rejeitado pela máquina usando o balanço de energia:
Isso confirma a interpretação numérica anterior.
Passo 7
Dica rápida para a prova (passo‑a‑passo que dá certo e é rápido):
- Anote
e e verifique unidades. - Use
. - Faça a divisão, simplifique a fração.
- Multiplique por
se quiser a eficiência em porcentagem.
Fazendo isso você evita erros bobos e resolve a questão em poucos segundos. Força — você consegue!