A máquina térmica mais eficiente é aquela que transforma calor integralmente em trabalho. Escolha uma opção:
Verdadeiro ◯
Falso ◯
Passo 1
O enunciado apresenta a afirmação: “A máquina térmica mais eficiente é aquela que transforma calor integralmente em trabalho.”
Pede-se apenas escolher entre as opções: Verdadeiro ou Falso.
Informações dadas explicitamente: nenhuma outra além da frase acima.
Pede-se apenas escolher entre as opções: Verdadeiro ou Falso.
Informações dadas explicitamente: nenhuma outra além da frase acima.
Passo 2
Vamos entender o que é uma máquina térmica e as quantidades envolvidas (isso é essencial para responder).
- Numa máquina térmica que opera em ciclo, há um reservatório quente que fornece calor
. - A máquina realiza trabalho
. - Parte do calor é rejeitada a um reservatório frio como
.
Pela conservação de energia (primeira lei da termodinâmica) vale:
Aqui:
é o calor recebido do reservatório quente,
é o trabalho útil entregue pela máquina, e
é o calor descartado para o reservatório frio.
Passo 3
Definimos eficiência térmica da máquina como a fração do calor de entrada que vira trabalho:
Usando
obtemos
Interpretação prática: para ter
(ou seja,
de eficiência) é necessário que
ou seja, a máquina não pode rejeitar calor algum ao reservatório frio.
Passo 4
Agora entra a lei que decide se isso é possível: a segunda lei da termodinâmica, na forma de Kelvin–Planck, diz em palavras simples que é impossível construir uma máquina térmica cíclica que, operando entre um único reservatório térmico, converta todo o calor absorvido em trabalho, sem outro efeito. Em outras palavras: uma máquina térmica que opere em ciclo não pode ter
. Logo, a conversão integral de
em
é proibida.
Passo 5
Outra maneira de ver isso (muito usada em provas) é pela eficiência máxima de Carnot para uma máquina reversível que opera entre dois reservatórios a temperaturas
(quente) e
(frio):
Como
(temperatura absoluta positiva), tem-se
. Somente no limite
obtém-se
, mas o zero absoluto
é inatingível, portanto não se consegue
na prática. Exemplo numérico: para
e
,
Isso mostra concretamente que
não é possível.
Passo 6
Resumo didático e incentivo: a ideia de “transformar todo calor em trabalho” é tentadora — seria o sonho do estudante cansado! — mas a segunda lei barra esse sonho para máquinas térmicas cíclicas reais. Em provas, quando aparecer uma afirmação dizendo que a máquina perfeita converte todo calor em trabalho, a resposta correta é sempre apontar a violação do enunciado de Kelvin–Planck ou lembrar da eficiência de Carnot.
Resposta
Falso