Qual o rendimento de uma máquina de Carnot que opera entre as temperaturas de 27oC e 227oC

Resolva esta lista de exercícios para testar os seus conhecimentos sobre o rendimento energético no ciclo de Carnot.

Questão 1

Uma máquina térmica opera segundo o ciclo de Carnot com temperaturas de 27 ºC e 97 ºC em suas fontes fria e quente. O rendimento dessa máquina térmica, em porcentagem, é aproximadamente igual a:

a) 80%.

b) 57%.

c) 13%.

d) 90%.

Questão 2

Se uma máquina de Carnot cujo rendimento é igual a 80% receber 600 J de calor de sua fonte quente, qual será a quantidade de trabalho realizada por essa máquina a cada ciclo?

a) 120 J

b) 720 J

c) 480 J

d) 300 J

e) 280 J

Questão 3

Determine qual deve ser a temperatura, em Celsius, da fonte quente de uma máquina de Carnot que apresenta um rendimento de 75%, sabendo que sua fonte fria encontra-se em uma temperatura de 27 ºC.

a) 927 ºC

b) 600 ºC

c) 1200 ºC

d) 1345 ºC

Questão 4

Uma máquina de Carnot opera nas temperaturas de 300 K e 400 K após ter recebido uma quantidade de calor igual a 800 J. Qual é a quantidade de calor que essa máquina libera para a fonte fria?

a) 500 cal

b) 600 cal

c) 1000 cal

d) 300 cal

Resposta - Questão 1

O rendimento da máquina de Carnot pode ser calculado por meio de uma fórmula que relaciona as temperaturas das fontes quente e fria em que a máquina opera, no entanto essas temperaturas precisam ser convertidas em kelvin. Observe:

Com base no cálculo feito acima, descobrimos que o rendimento dessa máquina é de aproximadamente 13 %, portanto a alternativa correta é a letra D.

Resposta - Questão 2

Uma vez que a máquina apresenta um rendimento de 80%, dos 600 J que são absorvidos pela máquina, 480 J são convertidos diretamente em calor, enquanto os 120 J restantes são dissipados para a fonte fria. Com isso, podemos afirmar que a afirmativa correta é a letra C.

Resposta - Questão 3

Uma forma de resolver essa questão de forma simples é aplicarmos diretamente a fórmula de rendimento das máquinas de Carnot, entretanto, antes, devemos transformar a temperatura fornecida pelo enunciado em kelvin. Observe o cálculo:

Uma vez que o exercício pede a temperatura da fonte quente em Celsius, devemos transformar a temperatura de 1200 K em ºC, subtraindo-a por 273. Dessa maneira, encontramos um valor de 927 ºC, portanto a alternativa correta é a letra A.

Resposta - Questão 4

Vamos utilizar o teorema de Carnot para determinar a quantidade de calor que foi dissipada para a fonte fria.

Com base no cálculo acima, descobrimos que a quantidade de calor dissipada para a fonte fria é de 600 cal. Dessa forma, a alternativa correta é a letra B.