Um dos maiores problemas de nossa realidade é a dificuldade de transformar alguma energia em trabalho. Isso aumenta a disputa pelas fontes dessas energias, tornando-as cada vez mais caras e escassas. Existe uma quantidade abundante de energia térmica nos corpos e no ambiente, mas que, na prática, é inviável convertê-la em trabalho por causa da segunda lei da termodinâmica. Em uma realidade alternativa, a segunda lei da termodinâmica não é absoluta, possibilitando que os seres humanos desenvolvessem automóveis que capturam energia térmica da água armazenada em um reservatório no próprio veículo, para converter integralmente em trabalho. Nessa realidade, um carro possui 500 kg de massa, incluindo a do piloto e os 25 kg de água a
(temperatura ambiente) do reservatório do veículo. Desprezando qualquer dissipação de energia mecânica, determine qual a temperatura da água no reservatório quando esse carro, partindo do repouso, atingir
. Considere que o calor específico da água é
e que o reservatório é um calorímetro ideal.
a)
b)
c)
d)
a)
b)
c)
d)
Passo 1
O enunciado postula que toda a energia térmica retirada da água do reservatório é convertida em trabalho para acelerar o carro. Temos: massa do carro
, velocidade final
, água de massa
inicialmente a
, calor específico da água
. Vamos usar conservação de energia: o calor cedido pela água vira a energia cinética do carro.
Passo 2
Calculamos a energia cinética adquirida pelo carro:
Passo 3
O calor perdido pela água ao resfriar de
para
é
Como esse calor serve para gerar
, temos
Passo 4
Isolando
: