Lista UA 06_Máquinas Térmicas

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Lista de exercícios (UA 06): Máquinas Térmicas. 
Profª. Dra. Maria Elenice dos Santos 
 (QUESTÃO 01) Máquinas térmicas são máquinas capazes de realizar trabalho a partir da variação de 
temperatura entre uma fonte fria e uma fonte quente. A grande maioria dessas máquinas retira calor de uma 
fonte quente. Parte desse calor realiza trabalho e a outra parte é jogada para a fonte fria, definindo, dessa 
forma, a eficiência da máquina. Uma máquina térmica tem maior eficiência quando ela transforma mais calor 
em trabalho, portanto, rejeita menos calor para a fonte fria. 
 Mede-se a eficiência de uma máquina térmica a partir da relação que segue: 
 
Q
F
T
T
 1 
 As máquinas térmicas são muito usadas hoje em dia. O calor rejeitado para a fonte fria pode causar 
que tipo de prejuízo ao ambiente? 
A) Poluição do ar. 
B) Poluição térmica. 
C) Poluição da água. 
D) Danos à camada de ozônio. 
E) Atrito. 
 
Resposta: Letra B 
 
Resolução: Uma máquina térmica funciona absorvendo calor de uma fonte quente, transformando parte 
deste calor em trabalho e rejeitando o calor que não pode ser transformado em trabalho. Nesse processo, o 
calor rejeitado para a fonte fria pode apenas causar o que se entende por poluição térmica, pois, pode 
modificar a temperatura do ambiente com o qual haja interação. 
 
(QUESTÃO 02) O refrigerador foi uma invenção importante, pois, antigamente, o armazenamento e o 
transporte de alimentos perecíveis eram muito difíceis, exatamente pelo fato de não existir uma máquina que 
provocasse o resfriamento das substâncias e, também, mantivesse as temperaturas baixas. 
 Um refrigerador funciona em ciclos, usando um gás refrigerante num circuito fechado. Assim, o gás 
circula permanentemente, sem perdas, a não ser que haja um vazamento no aparelho. As partes principais de 
refrigerador são: compressor, condensador, válvula descompressora e evaporador. O compressor é movido 
por um motor elétrico. Ele tem a função de aumentar a pressão e a temperatura do gás refrigerante, fazendo-o 
circular pela tubulação interna do aparelho. Quando o gás passa pelo condensador, perde calor para o meio 
externo, liquefazendo-se. Ao sair do condensador, um estreitamento da tubulação provoca uma diminuição 
da pressão. Assim, o elemento refrigerante, agora líquido e sob baixa pressão, chega à serpentina do 
evaporador, vaporiza-se, e assim, retira-se o calor da região interna do refrigerador. 
 Qual das descrições abaixo, de um processo de refrigeração, está correta? 
A) É realizado trabalho sobre um sistema que extrai calor de uma fonte fria e transfere esse calor para 
uma fonte quente. 
B) É realizado trabalho sobre um sistema que extrai calor de uma fonte quente e transfere esse calor 
para uma fonte fria. 
C) É realizado trabalho por um sistema que extrai calor de uma fonte fria e transfere esse calor para uma 
fonte quente. 
D) É realizado trabalho por um sistema que extrai calor de uma fonte quente e transfere esse calor para 
uma fonte fria. 
E) Calor é extraído de uma fonte fria e transferido para uma fonte quente enquanto o sistema realiza 
trabalho sobre o ambiente. 
 
Resposta: Letra A 
 
Resolução: Analisemos o funcionamento de uma máquina térmica, mais especificamente um sistema de 
refrigeração. Para este processo é correto afirmar que: a máquina térmica refrigerador realiza trabalho 
sobre um sistema utilizando-se do calor extraído de uma fonte fria e transferido para uma fonte quente. 
 No caso de um refrigerador não é possível extrair calor da fonte quente e rejeitá-la para a fonte fria, 
mas sim o contrário. 
 
(QUESTÃO 03) No período da Revolução Industrial, muitas áreas da Ciência foram estudadas para que os lucros da 
burguesia fossem cada vez maiores e que as máquinas trabalhando gastassem menos do que salários de mais funcionários. 
Cientistas pioneiros em estudos de Termodinâmica tornaram possível que as tecnologias evoluíssem. 
 Do ponto de vista da termodinâmica, o calor flui, naturalmente, do corpo de maior temperatura para o de menor 
temperatura. Esse processo é chamado de processo espontâneo. Também é possível fazer com que o calor flua do corpo de 
menor temperatura para o de maior temperatura, porém não é um processo espontâneo. 
 Por menor que seja, todos os processos sofrem perda de energia (por atrito, por calor dissipado, etc.). Isso faz com 
que os processos não sejam reversíveis, ou seja, não é possível voltar à situação inicial devido à perda de energia. O resultado 
disso é que o rendimento é sempre inferior a 100%. Todos os dispositivos com a capacidade de transformar energia térmica 
em trabalho são considerados máquinas térmicas. 
 As máquinas térmicas funcionam da seguinte maneira: fornece-se calor para a máquina, esta realiza trabalho e rejeita 
calor. Como uma máquina térmica não é capaz de armazenar nada, toda energia que entra é igual a energia que sai. Uma 
máquina térmica: 
A) Recebe energia em forma de calor e converte toda essa energia em trabalho. 
B) Recebe energia em forma de trabalho e converte toda essa energia em calor. 
C) Recebe energia em forma de calor e converte parte dessa energia em trabalho. 
D) Usa um trabalho realizado sobre a máquina para transferir calor de uma fonte fria para uma fonte 
quente. 
https://descomplica.com.br/blog/historia/monitoria-revolucao-industrial-socialismo-revolucao-francesa-e-napoleao/
https://descomplica.com.br/blog/fisica/resumo-termodinamica-2/
E) Usa um trabalho realizado sobre a máquina para transferir calor de uma fonte quente para uma fonte 
fria. 
 
Resposta: Letra C 
 
Resolução: Com base no princípio de funcionamento de uma máquina térmica, como já descrito, fornece-se 
calor para a máquina e esta realiza trabalho e rejeita calor. Como uma máquina térmica não é capaz de armazenar nada, 
toda energia que entra deverá ser igual a energia que sai. Assim, uma máquina térmica recebe energia em forma de 
calor e converte parte dessa energia em trabalho. 
 
(QUESTÃO 04) Em 1824, o cientista Carnot idealizou uma máquina térmica que proporcionaria um 
rendimento máximo. O Ciclo de Carnot consiste de duas transformações adiabáticas alternadas com 
duas transformações isotérmicas, sendo que todas elas seriam reversíveis (conforme ilustração a seguir). 
 
Figura 01: representação do Ciclo de Carnot em quatro etapas. 
 
 Devemos conceber uma máquina térmica onde o gás sofra expansões e compressões segundo o Ciclo 
de Carnot e onde T1 seja a fonte quente e T2 a fonte fria, como mostrado na Figura 02. 
 
 
Figura 02: princípio de funcionamento de uma máquina de Carnot.. 
 
 Na Figura 01 e em I, o gás realiza uma expansão isotérmica, recebendo calor de Q1 ( fonte quente). A 
seguir em II, ocorre a expansão adiabática, durante a qual não há troca de calor. A compressão isotérmica, 
em III, verifica-se à temperatura T2 da fonte fria, e nesta etapa o gás “rejeita” a quantidade Q2 que não foi 
transformada em trabalho. A compressão adiabática, em IV, completa-se sem a troca de calor. Um ciclo de 
Carnot: 
A) Consiste em dois processos isotérmicos e dois processos adiabáticos. 
B) Consiste em dois processos isotérmicos e dois processos a volume constante. 
https://www.infoescola.com/termodinamica/transformacao-isotermica/
C) Consiste em quatro processos quaisquer que levam o sistema de volta ao estado inicial. 
D) Só é possível para gases ideais. 
E) Tem uma eficiência igual à área envolvida pelo ciclo em um diagrama p-V. 
 
Resposta: Letra A 
 
Resolução: Um ciclo de Carnot constitui uma das máquinas térmicas mais eficazes, rejeitando o mínimo de 
energia na forma de calor e mantendo uma das maiores eficiências no que se refere à máquinas térmicas. 
Conforme é ilustrado na figura existem quatro processos bem definidos em um ciclo de Carnot. 
 
 
 No processo I, o gás realiza uma expansão isotérmica, recebendo calor da fonte quente. No 
processo II, ocorre uma expansão adiabática, durante a qual nãohá troca de calor. No processo III, 
verifica-se à temperatura T2 da fonte fria, e nesta etapa o gás “rejeita” a quantidade Q2 que não foi 
transformada em trabalho. Por fim, no processo IV, completa-se sem a troca de calor. 
 
(QUESTÃO 05) O teorema de Carnot, enunciado no ano de 1824, estabelece que mesmo a máquina térmica 
ideal, que não dissipe nenhuma quantidade de energia em razão do atrito entre suas partes móveis, apresenta 
um limite de rendimento máximo, que depende da razão entre as temperaturas de sua fonte quente e fria, 
conforme ilustra a equação: 
Q
F
T
T
 1 
Sendo TQ a temperatura da fonte quente e TF a temperatura da fonte fria 
 Analisando a equação acima, é possível perceber que a máquina térmica ideal tem o seu rendimento 
determinado exclusivamente pelas temperaturas de suas fontes fria e quente. Além disso, para que o seu 
rendimento fosse de 100%, seria necessário que a TF fosse nula, ou seja, 0 K, a temperatura do zero absoluto. 
 A equação de rendimento mostrada acima só é válida para as máquinas térmicas que operem 
segundo o ciclo de Carnot. Além disso, o teorema também mostra que a razão entre as temperaturas TF e 
TQ deverá ser igual à razão entre as quantidades de calor QF e QQ, como segue: 
 
Q
F
Q
F
Q
Q
T
T
 
 
 As temperaturas TF das fontes frias e as temperaturas TQ das fontes quentes de quatro máquinas 
térmicas de Carnot são as seguintes: 
Máquina 1: TF = 400 K e TQ = 500 K 
Máquina 2: TF = 500 K e TQ = 600 K 
Máquina 3: TF = 400 K e TQ = 600 K 
Máquina 4: TF = 600 K e TQ = 800 K 
Coloque as máquinas em ordem crescente de eficácia. 
A) 3,4,1,2 
B) 1 e 2 empatadas, depois 3 e 4 empatadas. 
C) 2, 1, 3, 4 
D) 1, 2, 4, 3 
E) 2, 1, 4, 3 
 
Resposta: Letra E 
 
Resolução: Para o cálculo da eficiência de uma máquina térmica utiliza-se a seguinte equação: 
 
Q
F
T
T
 1 
Substituindo-se os valores dados, teremos: 
Máquina 1: 
%202,08,01
500
400
11  
Q
F
T
T
 
Máquina 2: 
%1717,083,01
600
500
11  
Q
F
T
T
 
Máquina 3: 
%3333,067,01
600
400
11  
Q
F
T
T
 
Máquina 4: 
%2525,075,01
800
600
11  
Q
F
T
T
 
 
Conforme os valores encontrados, a sequência correta da ordem crescente de eficácia das quatro máquinas 
térmicas será: 2 – 1 – 4 – 3, alternativa E.