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Questão FC282879

Até meados do século XIX, acreditava‐se ser possível a construção de uma máquina térmica ideal, que seria capaz de transformar toda a energia fornecida em trabalho, obtendo um rend

Termologia

IDECAN · 2017

Até meados do século XIX, acreditava‐se ser possível a construção de uma máquina térmica ideal, que seria capaz de transformar toda a energia fornecida em trabalho, obtendo um rendimento total (100%). Para demonstrar que não seria possível, o engenheiro francês Nicolas Carnot  (1796‐1832) propôs uma máquina térmica teórica que se comportava como uma máquina de rendimento total, estabelecendo um ciclo de rendimento máximo, que mais tarde passou a ser chamado Ciclo de Carnot.  Esse princípio nos leva a concluir que:

  1. O calor pode passar de forma espontânea de um corpo de menor temperatura para outro de temperatura mais alta.
  2. Carnot  denominou processos reversíveis os que, após terem ocorrido em um sentido, não podem ocorrer em sentido oposto e voltar ao estado inicial.
  3. As máquinas térmicas não operam em ciclos, pois não retiram uma quantidade calor (QQ) de uma fonte quente e nem convertem parte desse calor em trabalho mecânico (τ).
  4. Nenhuma máquina térmica operando entre duas temperaturas fixadas pode ter rendimento maior que a máquina ideal de Carnot,  operando entre essas mesmas temperaturas.
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Gabarito

D

Comentário do professor

A afirmativa diz que nenhuma máquina térmica entre duas temperaturas fixas pode superar a máquina ideal de Carnot. Isso decorre da segunda lei da termodinâmica: o máximo rendimento possível entre uma fonte quente \(T_H\) e uma fonte fria \(T_C\) é o do ciclo de Carnot, dado por \( \eta_C = 1 - \dfrac{T_C}{T_H}\) (temperaturas em Kelvin).


O ciclo de Carnot é composto por processos reversíveis; qualquer irreversibilidade (atrito, dissipação, trocas finitas) reduz o rendimento. Se existisse uma máquina com rendimento maior que \(\eta_C\), poder-se-ia combinar essa máquina com uma máquina de Carnot em ciclo inverso para transferir calor do reservatório frio ao quente sem trabalho líquido, configurando um movimento perpétuo de segunda espécie — situação impossível pela segunda lei.


Portanto, a conclusão é que o rendimento de Carnot é um limite superior insuperável para máquinas térmicas entre duas temperaturas fixas.

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