Uma máquina de Carnot opera entre reservatórios térmicos de temperaturas
e
, com
. A cada ciclo de operação da máquina, 4000 J de energia são retirados do reservatório térmico a temperatura
e 800 J de energia são disponibilizados para a vizinhança, como trabalho. Determine
e
.
17. Uma máquina térmica, em cada ciclo, retira 300 joules de energia do reservatório térmico de alta temperatura e rejeita 240 joules de energia para o reservatório térmico de baixa temperatura. Determine:
a) a quantidade de energia que essa máquina pode ceder, por trabalho, para a vizinhança;
b) o seu rendimento.
18. A Termodinâmica se dedica à análise de Princípios e de leis que projetam e prevêem comportamento das diversas Máquinas Térmicas. Trata-se de dispositivos de fundamental importância, uma vez que fazem uso do calor para aplicar forças e, então, realizar deslocamentos. Dessa forma, é importante que a Termodinâmica empreenda estudos sobre as conexões entre pressão, calor, volume, temperatura, entre outras grandezas, e todo e qualquer trabalho realizado por esses corpos ou máquinas. O estudo desse tipo de propriedades, não é apenas algo que se relacione à uma teoria distante da realidade; é, de fato, um tema que só tem a contribuir para aspectos como o aumento da produção e da distribuição de itens alimentícios e de bens de consumo em geral, uma vez que visa a produção de motores e máquinas de maior eficiência, como ocorre com: Motores a diesel que são usados em tratores - que aram a terra, nas lavouras - ou caminhões - que fazem todo o transporte de alimentos e de produtos em geral, etc.
Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte quente igual a
e fonte fria à
. Qual é o rendimento dessa máquina?
17. Uma máquina térmica, em cada ciclo, retira 300 joules de energia do reservatório térmico de alta temperatura e rejeita 240 joules de energia para o reservatório térmico de baixa temperatura. Determine:
a) a quantidade de energia que essa máquina pode ceder, por trabalho, para a vizinhança;
b) o seu rendimento.
18. A Termodinâmica se dedica à análise de Princípios e de leis que projetam e prevêem comportamento das diversas Máquinas Térmicas. Trata-se de dispositivos de fundamental importância, uma vez que fazem uso do calor para aplicar forças e, então, realizar deslocamentos. Dessa forma, é importante que a Termodinâmica empreenda estudos sobre as conexões entre pressão, calor, volume, temperatura, entre outras grandezas, e todo e qualquer trabalho realizado por esses corpos ou máquinas. O estudo desse tipo de propriedades, não é apenas algo que se relacione à uma teoria distante da realidade; é, de fato, um tema que só tem a contribuir para aspectos como o aumento da produção e da distribuição de itens alimentícios e de bens de consumo em geral, uma vez que visa a produção de motores e máquinas de maior eficiência, como ocorre com: Motores a diesel que são usados em tratores - que aram a terra, nas lavouras - ou caminhões - que fazem todo o transporte de alimentos e de produtos em geral, etc.
Uma máquina que opera em ciclo de Carnot tem a temperatura de sua fonte quente igual a
Passo 1
O enunciado trata de uma máquina de Carnot operando entre dois reservatórios a temperaturas
(fonte quente) e
(fonte fria). Sabe-se que, a cada ciclo, a máquina retira do reservatório quente uma quantidade de calor
e entrega à vizinhança um trabalho
. Precisamos encontrar o calor rejeitado
e a temperatura
.
Passo 2
Pela primeira lei da termodinâmica aplicada a um ciclo, a variação de energia interna é zero, logo
Desse modo, isolamos
:
Passo 3
Para uma máquina de Carnot, o rendimento
é dado por
Mas também
. Igualando:
Passo 4
Resolvendo para
:
Passo 5
Temos uma máquina térmica que, a cada ciclo, retira do reservatório quente
e rejeita
. Pedem-se: (a) o trabalho
cedido à vizinhança; (b) o rendimento
.
Passo 6
Pela conservação de energia num ciclo:
Passo 7
O rendimento térmico é definido por
Passo 8
Esta é uma máquina de Carnot com fonte quente a
e fonte fria a
. Primeiro convertemos para Kelvin:
Em seguida, calculamos o rendimento
.
Passo 9
Para Carnot: