O motor a gasolina de um caminhão consome 10.000 J de calor e realiza 2.000 J de trabalho mecânico em cada ciclo. O calor é obtido a partir de queima de gasolina com calor de combustão
. Qual a eficiência térmica dessa máquina? Qual a quantidade de calor rejeitada a cada ciclo? Qual a quantidade de gasolina queimada a cada ciclo? Se o motor completa 25 ciclos por segundo, qual a potência fornecida em watts?
Passo 1
Vamos resolver um exercício sobre eficiência térmica de um motor a gasolina. Nele, aprendemos sobre como transformar o calor gerado pela queima da gasolina em trabalho mecânico. Para resolver as questões propostas, vamos precisar entender conceitos de termodinâmica, como eficiência térmica, calor rejeitado, quantidade de combustível queimado e potência. Vamos usar fórmulas básicas de energia e potência para chegar às respostas.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a eficiência térmica do motor. A eficiência térmica (
) mede quão bem o motor converte o calor absorvido (
) em trabalho mecânico (
). A fórmula é:
Aqui,
e
.
Passo 3
Substituindo os valores na fórmula:
Portanto, a eficiência térmica do motor é de 20%.
Passo 4
Agora, vamos calcular a quantidade de calor rejeitada (
) por ciclo. Sabemos que a energia total fornecida ao motor é dividida entre o trabalho realizado e o calor perdido. A relação é:
Substituindo os valores:
Então, o calor rejeitado a cada ciclo é de 8000 J.
Passo 5
Vamos determinar a quantidade de gasolina queimada por ciclo. Sabemos que o calor de combustão (
) da gasolina é
. A quantidade de gasolina (
) necessária para fornecer
é dada por:
Substituindo os valores:
Portanto, 0,2 gramas de gasolina são queimadas a cada ciclo.
Passo 6
Por fim, vamos calcular a potência fornecida pelo motor. Potência (
) é a quantidade de trabalho realizado por unidade de tempo. Se o motor completa 25 ciclos por segundo, e cada ciclo realiza 2000 J de trabalho, a potência é:
Então, a potência fornecida é de 50.000 watts.
Resposta
- A eficiência térmica do motor é de 20%.
- O calor rejeitado a cada ciclo é de 8000 J.
- A quantidade de gasolina queimada a cada ciclo é de 0,2 gramas.
- A potência fornecida pelo motor é de 50.000 watts.