Um gás ideal monoatômico passa por um processo cíclico reversível representado por um retângulo no diagrama PV (sentido horário). Suas pressões e volumes máximos e mínimos são
e
. Calcule sua eficiência. Resposta: aproximadamente
.
Passo 1
Temos um ciclo reversível de um gás ideal monoatômico que forma um retângulo no diagrama
e é percorrido no sentido horário, com pressões mínima e máxima
e
e volumes
e
. O conteúdo envolve eficiência termodinâmica de ciclos, onde precisaremos calcular o trabalho líquido e o calor absorvido nas etapas de aquecimento.
Passo 2
Para organizar, rotulamos os estados assim: A
, D
, C
e B
. O ciclo segue A→D (isocórico), D→C (isobárico), C→B (isocórico) e B→A (isobárico). Como o ciclo é horário, o trabalho líquido é positivo e o calor entra nas etapas A→D e D→C.
Passo 3
Calculamos as temperaturas em cada ponto usando a equação de estado de um gás ideal:
Passo 4
Agora achamos o calor absorvido. Em A→D (isocórico):
Passo 5
Em D→C (isobárico):
Passo 6
O calor total absorvido é
Passo 7
O trabalho líquido do ciclo é a área do retângulo no diagrama PV:
Passo 8
Finalmente, a eficiência é dada por
Resposta
15,4 %