Lista de exercícios: 2^ a Lei da termodinâmica.
(UFRN) As máquinas térmicas transformam a energia interna de um combustível em energia mecânica. De acordo com a 2^a Lei da Termodinâmica, não é possível construir uma máquina térmica que transforme toda a energia interna do combustível em trabalho, isto é, uma máquina de rendimento igual a 1 ou equivalente a 100 %. O cientista francês Sadi Carnot (1796-1832) provou que o rendimento máximo obtido por uma máquina térmica operando entre as temperaturas T1 (fonte quente) e T2 (fonte fria) é dado Por eta=1-T2T1.
Com base nessas informações, é correto afirmar que o rendimento da máquina térmica não pode ser igual a 1 porque, para isso, ela deveria operar:
a) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, no zero absoluto.
b) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma fonte fria à temperatura T2=0^circ C
c) entre duas fontes à mesma temperatura, T1=T2, diferente do zero absoluto.
d) entre uma fonte quente a uma temperatura, T1, e uma fonte fria à temperatura T2=0 K.

Passo 1

Beleza, o enunciado é sobre a 2ª Lei da Termodinâmica e o rendimento máximo de uma máquina térmica de Carnot, dado por
.
A ideia é entender por que nunca dá pra ter (100 %) e ver em qual situação isso “só” rolava, segundo as opções. Vamos precisar da fórmula, saber que temperaturas devem estar em Kelvin e conhecer a diferença entre 0 °C e 0 K.

Passo 2

Começando: queremos eta = 1 - T2T1, . Então, da fórmula
1 = 1 - T2T1 Longrightarrow T2T1 = 0 Longrightarrow T2 = 0
colocamos e resolvemos pra :
Ou seja, a fonte fria teria que estar a “zero” numa escala absoluta.

Passo 3

Agora, detalhe importante: essa temperatura precisa estar em Kelvin, porque a equação de Carnot só vale usando a escala absoluta.
  • Se alguém falasse “ ”, isso é , não zero absoluto.
  • é o tal do zero absoluto, onde a energia térmica cai ao mínimo possível (teoricamente).

Passo 4

Como a gente quer exatamente pra garantir , restam as opções:
a) e c) falam de , o que daria , não serve.
b) fala de , mas isso é 273 K, não zero absoluto.
d) fala de , que é o único caso em que chega a 1 (mas esse ponto não é atingível na prática).

Resposta

Letra d

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