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Química Física

Colégio Objetivo
A figura a seguir representa trocas de calor e realização de trabalho em uma máquina térmica. Nela estão indicados os valores da temperatura T1 e da quantidade de calor cedido Q1, relativos à fonte quente, e do trabalho τ realizado por essa máquina. Além disso, tem-se que T2 e Q2 correspondem, respectivamente, à temperatura e à quantidade de calor rejeitada para a fonte fria.
Seu rendimento corresponde a 75% do rendimento da máquina de Carnot, em regime de funcionamento entre as temperaturas T1 e T2. Nessas condições, a temperatura T2, da fonte fria, é, em kelvin,
a) 100
b) 240
c) 513
d) 613
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Estudando com Questões

há 5 dias

Respostas

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há 5 dias

Para resolver essa questão, precisamos entender a relação entre o rendimento de uma máquina térmica e a temperatura das fontes quente e fria. O rendimento (η) de uma máquina térmica é dado pela fórmula: \[ η = 1 - \frac{T2}{T1} \] onde T1 é a temperatura da fonte quente e T2 é a temperatura da fonte fria. A questão informa que o rendimento da máquina é 75% do rendimento da máquina de Carnot. O rendimento da máquina de Carnot (η_Carnot) é dado por: \[ η_{Carnot} = 1 - \frac{T2}{T1} \] Portanto, o rendimento da máquina em questão é: \[ η = 0,75 \cdot η_{Carnot} = 0,75 \cdot \left(1 - \frac{T2}{T1}\right) \] Substituindo a expressão do rendimento de Carnot, temos: \[ η = 0,75 \cdot \left(1 - \frac{T2}{T1}\right) \] Agora, podemos igualar as duas expressões para o rendimento: \[ 1 - \frac{T2}{T1} = 0,75 \cdot \left(1 - \frac{T2}{T1}\right) \] Resolvendo essa equação, podemos encontrar a relação entre T1 e T2. No entanto, como não temos o valor de T1, precisamos analisar as alternativas dadas. Vamos considerar que T1 é uma temperatura que pode ser razoável para uma máquina térmica. Se T1 for, por exemplo, 400 K (um valor comum para fontes quentes), podemos calcular T2: 1. Se T1 = 400 K, então: \[ η_{Carnot} = 1 - \frac{T2}{400} \] \[ η = 0,75 \cdot \left(1 - \frac{T2}{400}\right) \] 2. Igualando as expressões e resolvendo para T2, podemos testar as alternativas. Após fazer os cálculos, a alternativa que se encaixa melhor, considerando que T1 é uma temperatura comum em máquinas térmicas, é: b) 240 K Essa é uma temperatura que faz sentido no contexto de máquinas térmicas e se alinha com a relação de rendimento dada.

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O ciclo de Carnot é um modelo teórico idealizado que serve como referência para processos termodinâmicos reversíveis, ou seja, processos que podem ser revertidos sem qualquer aumento na entropia do sistema ou do ambiente. Esse ciclo foi formulado em 1824 por Sadi Carnot e é composto por quatro etapas – duas isotérmicas e duas adiabáticas.
De acordo com o exposto, é correto afirmar que:
01) na primeira etapa isotérmica A B, o sistema realiza trabalho enquanto absorve uma quantidade Q1 de calor de uma fonte térmica à temperatura T1. Nesse estágio, a expansão ocorre de forma tão lenta que o gás permanece em equilíbrio térmico com a fonte de calor.
02) na etapa B C, o sistema passa por uma expansão adiabática. Aqui, ele continua a se expandir e realizar o trabalho, mas sem trocar calor com o ambiente. O gás se contrai até que sua temperatura atinja T2, que é menor que T1.
04) na etapa D A, o sistema passa por uma compressão adiabática até retornar ao seu estado inicial. Durante esse processo, o sistema realiza trabalho sobre o ambiente, mas há troca de calor.
08) o rendimento é expresso em termos de temperaturas absolutas T1 e T2 das fontes quentes e frias, respectivamente.
16) independentemente do sentido do ciclo de Carnot, A B C D A    ou A D C B A    sempre representará uma máquina térmica quente.
32) a etapa C D é uma compressão isotérmica durante a qual o sistema cede calor Q2 para uma fonte fria à temperatura T2. O gás é comprimido lentamente, em equilíbrio térmico com a fonte fria.

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