introdução a termodinâmica

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Física Experimental
Professor: Edry Antonio Garcia Cisneros
E-mail: edry1961cu@gmail.com
Aula Tema . Introdução à Termodinâmica – Temperatura.
Conceito de Temperatura . Lei zero da Termodinâmica .
Termômetros e escalas de Temperatura . Dilatação
Térmica. Leis da termodinâmica.
INTRODUÇÃO
A termodinâmica, assim como qualquer parte da Física, é regida por leis.
Elas explicam, com exatidão e clareza, como ocorre, por exemplo, a
variação de temperatura em um corpo e de que maneira o calor se
comporta.
Por meio dessas leis, é possível construir máquinas térmicas que realizam
trabalho mecânico, ou outras que produzem tal trabalho, com o objetivo
de gerar calor. Neste módulo, as conheceremos e entenderemos como
esse tipo de conhecimento iluminou o caminho evolutivo da
humanidade.
LEI ZERO DA TERMODINÂMICA
Também conhecida como princípio de Joule, a primeira lei da
termodinâmica é a versão termodinâmica da lei de conservação da
energia mecânica, pois ela assume que diversas formas de trabalho
podem ser convertidas em outras formas de energia.
De acordo com seus preceitos, a energia transferida na forma de calor
(Q ) é igual à soma da variação da energia interna (∆U ) do sistema
termodinâmico analisado com o trabalho (W ) por ele sofrido ou
realizado. Podemos observar isso nesta fórmula:
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
A lei zero da termodinâmica estabelece que "se dois corpos A e B
estão separadamente em equilíbrio térmico com um terceiro corpo
C, então A e B estão em equilíbrio térmico entre si". ... O postulado
ainda define a escala de temperatura, expressa em medidas como
o Celsius, o Fahrenheit, o Kelvin.15 .
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Também conhecida como princípio de Joule, a primeira lei da
termodinâmica é a versão termodinâmica da lei de conservação da
energia mecânica, pois ela assume que diversas formas de trabalho
podem ser convertidas em outras formas de energia.
De acordo com seus preceitos, a energia transferida na forma de calor
(Q ) é igual à soma da variação da energia interna (∆U ) do sistema
termodinâmico analisado com o trabalho (W ) por ele sofrido ou
realizado. Podemos observar isso nesta fórmula:
A primeira lei da termodinâmica foi estabelecida por Rudolf Clausius
(1822-1888). O físico e matemático alemão é considerado um dos
fundadores deste ramo da ciência: a termodinâmica.
Quando o calor Q é medido em calorias, a energia interna e o trabalho
também devem estar na unidade de calorias; no entanto, se Q estiver em
Joules, a energia interna e o trabalho também deverão estar.
ENTENDEMOS QUE O CALOR DE UM CORPO É OBTIDO PELA SOMA DE DUAS
PARCELAS DE ENERGIA, MAS O QUE SIGNIFICA ESSA ENERGIA INTERNA?
Ela é a soma de toda a energia mecânica das partículas que compõem o
sistema, ou seja, trata-se do somatório de todas as parcelas de energia
cinética das partículas com a energia potencial delas.
A energia interna é considerada uma propriedade do sistema, pois
depende somente dos estados inicial e final do processo termodinâmico.
Tendo isso em vista, podemos fazer duas afirmações:
1. Quando Q é positivo, ou seja, Q > 0, o sistema está ganhando calor.
2. Quando Q é negativo, ou seja, Q < 0, ele o está cedendo.
ENTENDEMOS QUE O CALOR DE UM CORPO É OBTIDO PELA SOMA DE DUAS
PARCELAS DE ENERGIA, MAS O QUE SIGNIFICA ESSA ENERGIA INTERNA?
Pela primeira lei da termodinâmica demonstrada na equação (8), ainda
podemos fazer a seguinte afirmação: quanto maior for a energia interna de
um sistema, maior será sua capacidade de realizar um trabalho.
No entanto, trata-se de uma convenção a indicar que: Quando o sistema
expande e realiza trabalho, W > 0; porém, neste caso, ele está perdendo
energia para o meio ambiente.
Quando se contrai e recebe trabalho, W < 0; no entanto, neste caso, o
sistema está recebendo energia do meio ambiente.
Em geral, estuda-se o sistema termodinâmico voltado para os gases.
O trabalho de um gás é dependente de sua pressão (P) e da variação de seu
volume (∆V ):
Nesta equação, a pressão é dada em Pascal (Pa) e a variação do volume, em
metros cúbicos (m³).
A primeira lei da termodinâmica admite casos especiais que considerem o
tipo de transformação termodinâmica que o sistema está sofrendo. Vamos
analisá-los agora:
ISOTÉRMICA: Condição termodinâmica
em que a transformação ocorre a uma
temperatura constante.
ISOCÓRICA: Condição termodinâmica em
que a transformação ocorre a um volume
constante.
ISOBÁRICA: Condição termodinâmica em
que a transformação ocorre a uma
pressão constante.
ADIABÁTICA: Condição termodinâmica
em que a transformação ocorre sem troca
de calor com o ambiente externo.
EXPANSÕES LIVRES: Expansão de um gás
sem que haja um recipiente. Exemplo:
vapor d’água expandindo livremente para
o ar e se dissipando na atmosfera.
EXEMPLO
Um determinado gás está confinado em um recipiente de 1m³ a uma
pressão de 1atm (105Pa), quando recebe uma quantidade de 2.654.789cal
de energia na forma de calor e se expande para 3m3. Qual é sua variação
de energia interna?
1. Sabemos que ocorre uma Transformação termodinâmica de um gás.
2. Trabalho: W= P* ΔV = 105 Pa ( 3-1)m3 = 2* 105 = Joules
3. Q= 2.654.789cal * 4.18 = 11097018,02 Joules
4. 1ra lei termodinâmica: Q = ΔU + W
5. ΔU = Q – W = 11097018,02 J – 200000 J = 10897018,02 J
6. ΔU = Q – W = 11097018,02 J – 200000 J = 10897018,02 J / 4,18 = 
2606942,11 Cal
Limitações da 1ra Lei da termodinâmica
A 1ra Lei expressa a relação entre o trabalho
e calor e nos permite definir a energia
acumulada. Mas não nos permite predizer a
extensão da conversão de energia, nem
indicar se o processo de conversão é
possível.
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA: O CONCEITO DE ENTROPIA
A primeira lei da termodinâmica postula que há conservação de energia em
qualquer transformação termodinâmica.
A segunda lei, por sua vez, determina as condições necessárias para a
ocorrência espontânea de transformações termodinâmicas.
Ela foi inicialmente estabelecida como um conceito empírico. A partir disso,
foi estabelecido o seguinte: para que haja um trabalho líquido em um
sistema termodinâmico, ele precisa operar entre duas fontes térmicas
mantidas a temperaturas distintas.
A segunda lei da termodinâmica expressa, desse modo, que a quantidade
de entropia de qualquer sistema termodinâmico isolado tende a aumentar
com o passar do tempo até atingir um valor máximo.
ISSO SIGNIFICA QUE, PARA UM SISTEMA ISOLADO, A ENTROPIA NUNCA
DIMINUI.
MAS O QUE É A ENTROPIA?
Entropia é uma grandeza termodinâmica que mede o grau de liberdade
molecular do sistema físico observado. Esse grau está associado à
quantia de possibilidades com a qual as partículas podem se distribuir em
níveis energéticos quantizados.
Matematicamente, definimos a entropia (∆S) como a razão entre a
variação da energia em forma de calor (∆Q) e a temperatura do (T):
A unidade de medida da entropia no SI é o Joule por Kelvin (J/K); todavia,
também é comum ela ser expressa em calorias por graus Celsius (cal/°C).
Como dissemos, em um sistema isolado, a entropia aumenta com o
passar do tempo. Desse modo, verificamos que:
A figura a seguir ilustra a entropia e o aumento da desordem molecular:
Com a equação (11), podemos afirmar que a entropia é um grau de desordem de um
sistema físico termodinâmico.
Vejamos de que forma ela se manifesta em dois tipos de sistema:
Sistema isolado: essa desordem somente tende a aumentar com o passar do tempo;
Sistema fechado: a entropia se mantém ou aumenta.
Quando ela aumenta, essa transformação é irreversível.
No entanto, se o sistema não for isolado, havendo, portanto, troca de calor com o
meio ambiente, pode haver nele uma redução de entropia.
EXEMPLO 1
1. Existe certa quantidade de água no interior de um calorímetro ideal, ou
seja, um recipiente que impede a troca de calor com o meio externo.
Inicialmente com uma temperatura de 20°C, ela recebe alguma
quantidade de energia e fica com 70°C. Esse incremento na temperatura
aumentou sua energia interna ∆U e, por sua vez, a entropia dela, pois as
moléculas da águapassaram a ficar mais agitadas.
Como o calorímetro é ideal, essa energia dada para a água nunca será
cedida ao meio ambiente. O fato de a temperatura dela não poder
diminuir garante que a entropia do sistema não vai baixar.
EXEMPLO 1.
2. Em vez de em um calorímetro, a água está agora contida em um
copo de vidro sobre uma mesa. Ao aquecer de 20°C para 70°C, a
entropia vai aumentar. No entanto, como existe uma troca de calor
com o meio ambiente, a água começa, com o tempo, a diminuir sua
temperatura gradativamente até retornar àquela registrada
inicialmente (20ºC).
Essa redução da temperatura diminui a energia interna do sistema, o
que também diminui a entropia do sistema.
Observaremos agora outro exemplo com uma aplicação da teoria da
segunda lei da termodinâmica:
EXEMPLO 2 Isolado do meio externo, determinado sistema físico sofre uma
variação de energia interna de 5.000.000J, se equilibrando em uma
temperatura de 795K. Qual é a sua variação de entropia?
De acordo com a equação (10), notamos que:
Substituindo os valores, temos o seguinte:
TERCEIRA LEI DA TERMODINÂMICA
Desenvolvida pelo químico Walther Nernst, a terceira lei da termodinâmica
postula que a entropia de um sistema no zero absoluto (0K) é constante.
Essa afirmação se justifica pelo fato de que qualquer sistema termodinâmico
a 0K (-273°C) existe em seu estado fundamental.
A explicação para isso é que, a 0k, não existe vibração molecular. Dessa
forma, não há energia interna. Sem ela, não se registra desordem — e, sem
desordem, a entropia é nula.
Matematicamente, a terceira lei da termodinâmica é descrita como:
Todo corpo possui uma vibração molecular. Essa vibração é dependente da
temperatura; com isso, quanto maior for a temperatura, maior será a vibração
molecular e, por consequência, a desordem das moléculas. Contudo, o contrário
também é valido: quanto menor for a temperatura, menores serão o desarranjo
molecular e a entropia.
1. Um sistema não isolado está cedendo energia para o meio
ambiente na forma de calor. Dessa maneira, podemos afirmar
que:
____ Sua temperatura está aumentando.
____ Sua entropia está diminuindo.
____ Sua entropia se mantém constante.
____Sua temperatura se mantém constante.
Rpta: Como o sistema está diminuindo sua temperatura, ele
também diminui a energia interna dele. Suas moléculas estão se
agitando menos; com isso, a desordem está diminuindo, assim
como a entropia do sistema.
2. Sobre um processo termodinâmico que ocorre de forma isolada
e sua entropia, classifique as alternativas abaixo como verdadeiras
(V) ou falsas (F):
( ) Em um processo isolado, a entropia do sistema diminui com o 
tempo.
( ) Em um processo isolado, a temperatura do sistema aumenta 
com o passar do tempo.
( ) Em um processo isolado em que não há ganho de energia por 
fonte externa, a entropia se mantém.
Rpta: F-F-V
3. Um gás sofre uma transformação isotérmica, porém se expande,
saindo de seu recipiente para o meio externo. Diante disso,
podemos afirmar que:
____A)O gás sofre trabalho sobre o meio externo.
____B)O gás libera calor e se contrai.
____C)O gás absorve calor e realiza trabalho sobre o meio externo,
realizando um trabalho negativo.
------ D)O gás absorve calor e realiza trabalho sobre o meio externo,
realizando um trabalho positivo.
Rpta D
4. Em uma transformação adiabática, um gás se expande em 0,5m³
a uma pressão de 3atm. Sua variação de energia interna é igual a:
A) -1,5 x105 J
B) 1,5 x105 J
C) -3,0 x105 J
D) 3,0 x105 J
Rpta A
5. 5. Em uma transformação isocórica, um gás de massa 5g e calor
específico igual a 0,1cal/g°C altera sua temperatura em 256°C
positivamente. A variação de energia interna dele é igual a:
A) 535,04 J
B) 525,24 J
C) -535,04 J
D) -525,24 J
6. Em uma transformação isobárica, um sistema perde 2.000cal para
o meio ambiente e sofre uma variação de volume de 0,2 m³ a uma
pressão de 105Pa. Neste caso, a variação da energia interna é igual
a:
Vimos que o trabalho realizado por um gás é obtido pelo produto
entre a pressão e a variação de seu volume (W=P·∆V). No entanto,
tal equação tem funcionalidade apenas para os casos em que a
pressão é constante.
Há muitos sistemas termodinâmicos em que o gás realiza um trabalho em
uma condição na qual a pressão não é constante. Neste caso, para
determinar o trabalho, é necessário montar um gráfico
denominado diagrama PV (pressão por volume). Seu trabalho é
determinado pelo cálculo da área da forma geométrica gerada pelas
curvas de transformações térmicas
Tendo isso em vista, consideraremos a seguinte situação:
Determinado gás possui 3m³ de volume e está a uma pressão de
12Pa. De repente, ele sofre uma transformação: o estado final dele
passa a ser de um volume de 10m³ e pressão de 6Pa.
Indique o trabalho realizado por esse gás.
Primeiramente, precisamos montar o gráfico PV da seguinte
maneira:
Em seguida, determinaremos a figura geométrica, a qual, ao se verificar a área
sobre a curva, é montada da seguinte forma:
Podemos observar que a área sobre a curva montou um trapézio de base maior
12Pa, base menor 6Pa e altura 7m³. Então, para o cálculo do trabalho,
calcularemos a área desse trapézio:
Neste caso, em que a transformação termodinâmica promove uma mudança de
volume e pressão, o trabalho do gás foi determinado pela área sobre a curva do
trabalho plotada em um gráfico PV.
Tarefa:
1. Em uma transformação adiabática, um gás se expande em 5m³ 
a uma pressão de 1atm. Sua variação de energia interna é igual 
a:
2. Em uma transformação isocórica, um gás de massa 75g e calor
específico equivalente a 12,0cal/g°C altera sua temperatura
positivamente em 56°C. A variação de energia interna dele é igual a:
Objetivo: Identificar a teoria termodinâmica por trás do
funcionamento de máquinas térmicas e refrigeradores
MÁQUINAS TÉRMICAS
Uma máquina térmica trabalha absorvendo calor do meio ambiente à
sua volta e convertendo-o em trabalho útil. Porém, para que tal
conversão seja realizada, essa máquina depende de uma substância
de trabalho (em geral, um fluido).
Um exemplo simplório disso é o funcionamento de uma máquina
que funciona a vapor d’água.
Outro exemplo cotidiano é a máquina térmica que faz um
automóvel se mover, ou seja, o motor de um automóvel. Neste tipo
de motor, o líquido de trabalho é a mistura entre aquele utilizado
para a combustão, como gasolina, etanol, GNV e diesel, e o ar.
Uma máquina térmica precisa funcionar continuamente, sempre
convertendo calor em trabalho mecânico (trabalho útil). Para que
isso seja possível, tal máquina deve trabalhar em
um ciclo fechado no qual ocorrem diversos processos
termodinâmicos chamados de tempos.
MÁQUINA DE CARNOT: CICLO DE CARNOT, O CICLO IDEAL
Para aprofundar nosso conhecimento sobre as máquinas
térmicas, é necessário recorrer à ciência da termodinâmica e
verificar como suas leis podem nos ajudar a compreender mais
sobre o funcionamento delas.
Funcionamento
Existem diversos tipos de motores; logo, há muitos tipos de
máquinas térmicas. A máquina térmica de Carnot se baseia no
ciclo de transformação termodinâmico de Carnot.
Máquina térmica de Carnot
O ciclo de Carnot foi desenvolvido antes do desenvolvimento das duas leis da
Termodinâmica. É importante mencionar que a máquina de Carnot é uma máquina ideal, o
que significa que nenhuma máquina térmica consegue alcançar a sua eficiência
Esse ciclo mostra que a máquina térmica de Carnot é a mais
eficiente para a conversão de calor em trabalho útil. Na figura a
seguir, podemos observar um esquema representativo do
funcionamento dessa máquina.
Devemos explicar agora o que ocorre na figura : a
fonte quente aquece o fluido, fornecendo-lhe calor;
logo, esse fluido se expande e se movimenta. Ao se
expandir, ele realiza um trabalho. No entanto, para
que sua expansão ocorra e ele realize o trabalho, é
necessário haver uma fonte fria, pois, caso contrário,
o sistema entra em equilíbrio térmico e o fluido para
de se movimentar. Durante a expansão do fluido e,
consequentemente, sua movimentação, ele transfereparte do calor absorvido na fonte quente para a
máquina, realizando um trabalho mecânico e
fazendo-a se movimentar (como ilustra a figura ao
lado).
A máquina de Carnot funciona com duas fontes:
Chamar uma fonte de quente e outra de fria é uma convenção
apenas para afirmar que TQ > TF e, por sua vez, que QQ > QF.
Contudo, a energia absorvida na fonte quente não é integralmente
aproveitada para realizar o trabalho. Desse modo, em tal situação, a
restante é retirada do fluido pela fonte fria. Ao despejá-la nessa fonte,
o fluido de trabalho reinicia o ciclo para que o trabalho mecânico seja
realizado constantemente.
Devemos explicar agora o que ocorre na figura : a
fonte quente aquece o fluido, fornecendo-lhe calor;
logo, esse fluido se expande e se movimenta. Ao se
expandir, ele realiza um trabalho. No entanto, para
que sua expansão ocorra e ele realize o trabalho, é
necessário haver uma fonte fria, pois, caso contrário, o
sistema entra em equilíbrio térmico e o fluido para de
se movimentar. Durante a expansão do fluido e,
consequentemente, sua movimentação, ele transfere
parte do calor absorvido na fonte quente para a
máquina, realizando um trabalho mecânico e fazendo-
a se movimentar (como ilustra a figura ao lado).
Já a energia que transcorre pelo fluido na fonte quente, é a energia
total que o fluido recebe. Assim, assumindo que não há perda de
calor para o meio ambiente, podemos estabelecer que a retirada de
energia nessa fonte é igual à soma entre o trabalho realizado pela
máquina e a energia despejada na fonte fria:
Observemos agora outra figura. Ela apresenta um diagrama pressão
por volume (PV) do ciclo de Carnot. O sentido das transformações
termodinâmicas do ciclo está indicado pelas setas. Podemos
perceber que esse ciclo é percorrido no sentido horário.
A figura acima também apresenta o funcionamento de um cilindro
ideal, que, fabricado de material isolante, contém um fluido. Esse
cilindro nos ajuda a compreender o funcionamento mecânico do
ciclo de Carnot.
Para isso, consideraremos que:
•O fluido é um gás ideal;
•O cilindro se encontra entre uma fonte quente e uma fria.
No ponto 1 da figura, a fonte quente cede energia para o fluido de 
trabalho, havendo uma transformação isotérmica pelo fato de a 
temperatura da fonte quente ser constante.
Completada a transformação, o fluido atinge o ponto 2 do diagrama
PV: neste ponto, ele sofre uma transformação de expansão
adiabática e, em seguida, realiza o trabalho sobre o cilindro,
empurrando o êmbolo até a altura máxima que ele pode assumir no
local (realiza trabalho mecânico sobre o cilindro (W).
Em seguida, o fluido atinge o ponto 3 do diagrama. Ali, ele perde energia para a
fonte fria: como a temperatura dessa fonte é constante, o fluido sofre uma
compressão isotérmica e atinge o ponto 4 do diagrama.
No último ponto, o êmbolo realiza um trabalho adiabático sobre o fluido,
comprimindo-o. Isso faz o ciclo retornar para o ponto 1 e, daí em diante, se
repetir indefinidamente. No ciclo termodinâmico da figura acima, o trabalho
pode ser medido pelo cálculo da área no interior da curva formada pelo ciclo.
Determinação da eficiência
Em qualquer tipo de máquina, o maior interesse é converter o máximo
possível de energia em trabalho útil. Essa conversão é chamada de
rendimento (ε).
Matematicamente, esse rendimento é determinado pela razão entre o
trabalho realizado pela máquina (W) e a quantidade de energia total
cedida a ela, o que, no caso de uma máquina térmica, corresponde ao
calor fornecido pela fonte quente QQ.
Diante disso, matematicamente temos:
Mensurar o trabalho realizado é uma tarefa difícil. Por isso, precisaremos
reescrever a equação (13) para podermos deixar o rendimento em função de
parâmetros conhecidos:
Reescrevendo (14), temos:
Simplificando:
Neste tipo de transformação, não há mudança de fase. 
Desse modo, podemos escrever QF e QQ em função da 
teoria de calor sensível:
Neste tipo de transformação, não há mudança de fase. Desse modo,
podemos escrever QF e QQ em função da teoria de calor sensível:
Note que as equações do calor sensível foram descritas em função de TF e TQ – e não de DTF e DTQ. Afinal, 
as transformações são isotérmicas.
Simplificando (16), verificamos que:
Da equação (17), deduzimos que, conhecendo as temperaturas das
fontes fria e quente, é possível determinar o rendimento dessa
máquina térmica.
Para esse cálculo, a temperatura deve ser convertida para Kelvin. Caso contrário, o rendimento calculado 
será fictício.
Podemos escrever a equação (17) na forma porcentual da seguinte maneira:
Como TF < TQ, a eficiência da máquina térmica é menor que 100%.
A máquina térmica perfeita seria aquela cujo rendimento fosse de
100%.
Contudo, sabemos que isso não é possível no mundo real.
Na equação (17), observamos que o rendimento só seria assim se
TF = 0 ou TQ = ∞.
Exemplo
Um motor a combustão possui fonte quente em 500°C e fria em
190°C. Qual é o seu rendimento?
Para determinarmos o seu rendimento, 
primeiramente precisamos converter a temperatura 
de °C para K:
Utilizando a equação (18), temos:
Assim, a quantidade de energia perdida para a fonte fria é igual a:
Apesar de o resultado do trabalho convertido ser de 40,10%, esse valor ainda é muito alto ao se tratar de uma
máquina térmica real.
Exemplo. Um motor de automóvel converte de 23% a 30% de toda a energia gerada em trabalho, sendo o
restante perdido na forma de calor.
REFRIGERADORES
Naturalmente, o calor flui de uma fonte quente para uma fria.
Porém, é possível fazê-lo fluir da fonte fria para quente utilizando
uma máquina térmica chamada de refrigerador.
Exemplo
Geladeira e ar-condicionado.
Para transferir calor do ambiente frio para o quente, o refrigerador
utiliza o trabalho mecânico, contando, em geral, com o auxílio de um
motor que possui um líquido de trabalho com um fluido
pressurizado. Esse fluido tem como principal propriedade a
capacidade de alterar seu estado físico — de gasoso para líquido —
durante o ciclo dele.
A figura a seguir apresenta um esquema do funcionamento de um refrigerador.
Observe que ele funciona de maneira oposta à de uma máquina térmica. Isso
demonstra que ele retira energia da fonte fria e a deposita na quente quando o
ciclo recebe trabalho do motor (ou compressor).
A eficiência do refrigerador é determinada pelo seu coeficiente
de desempenho (K), o qual, por sua vez, é calculado pela razão
entre a energia retirada da fonte fria (QF) e a consumida (W) no
processo de refrigeração.
Matematicamente, temos isto:
No caso de um refrigerador ideal, ou seja, um refrigerador de
Carnot, verificamos a seguinte representação:
Fazendo W=QQ-QF, observamos:
Fazendo Q = mcT, obtemos:
Simplificando:
Na indústria, o desempenho de um ar-condicionado doméstico é de K≈2,5 e o 
desempenho de uma geladeira doméstica é de K≈5. Imaginemos que um 
refrigerador se encontra em um local onde a temperatura da fonte quente é de 
42°C.
Para que sua eficiência seja de 2,5, qual deve ser a temperatura da fonte fria? 
Consideraremos um refrigerador de Carnot para essa solução.
K = C+273 = 42 + 273 = 315 K
2,5 = Tf/ 3.5 – Tf
2,5( 315-Tf)= Tf
2,5*315 – 2Tf = Tf
787,5 = Tf +2,5 Tf
787,5 = 3,5 Tf
Tf = 787,5/3,5 = 225 K
C = K-273 = 225-273 = -48 0 C
Qf= 0.98 (4000J )= 3920 J
Resolva:
1. Uma maquina térmica recebe 4000 J de energia da fonte quente, mas utiliza 
somente 2 % dela. A energia transmitida para a fonte fria é igual a: 
Qq= Qf + W = 4330J + 2000 J = 6330 J 
3. Uma maquina térmica tem sua fonte fria igual a 10 o C . Qual deve 
ser a temperatura da fonte quente para que seu rendimento seja de 5 
%.
A) 24,9 o C
B) 24,18 o C
C) 51,18 o C
D) 51,36 o C
Rendimento
ε= 1- Tf/Tq
Então:
0,05 = 1- (10+273) / Tq
0,05-1 = -(10+273) /Tq
-0,95 = - 283/Tq
Tq= -283/-0,95= 24,9 o C
5. O rendimento de uma máquina de Carnot é de 10%. Diante disso, 
assinale a opção que representa TF:
A) 90% de TQ
B) 30% de TQ
C) 70 % de TQ
D) 60% de TQ
Ε =1- TF/TQ
0,1= 1- TF/TQ
TF/TQ = 1-0,1 = 0,9
TF = 0,9 *TQ = 90 %TQ 
6. Uma máquina térmica tem rendimento de 0,36. Sua fonte
quente fornece 28.000cal de energia. A energia perdida para a
fonte fria é igual a:
A) 15201 cal
B) 17920 cal
C) 16551 cal
D) 17800 cal
Resolver
1. Uma máquina de Carnot opera com uma eficiência de 20%.
Assinale a opção que represente a diferença de temperatura entre
TQ e TF:
A) 20 % de TQ
B) 30 % de TQ
C) 70 % TQ
D) 70 % de TF
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Neste tema, vimos que, na forma de calor, a energia pode ser
transferida de um corpo para outro, dependendo apenas da
diferença de temperatura entre eles.
Verificamos ainda que há dois tipos de calor: o sensível, no qual o
corpo muda a temperatura dele, embora preserve o estado físico da
matéria, e o latente, em que essa variação cessa e a mudança de
estado acontece.
Observamos também leis termodinâmicas que descrevem não só
como a troca de calor ocorre, mas também como ela gera impactos
nos corpos envolvidos.
Por fim, explicamos como a humanidade utilizou esse conhecimento
para produzir máquinas térmicas e refrigeradores com o objetivo de
gerar uma melhoria da qualidade de vida na sociedade.