Banco de questões: Termodinâmica: Máquinas Térmicas

Uma máquina térmica opera em um ciclo que envolve dois processos termodinâmicos: um isovolumétrico e um isotérmico, ambos reversíveis. No processo isovolumétrico, o gás ideal sofre uma transferência de calor de uma fonte a uma temperatura de 600 K. No processo isotérmico, o gás cede calor para um reservatório a uma temperatura de 300 K. A máquina recebe 1000 J de calor da fonte quente a cada ciclo. Calcule: a) O trabalho líquido realizado pela máquina em cada ciclo, b) A eficiência da máquina. Considere que o gás ideal segue a lei dos gases perfeitos PV = nRT, onde P é a pressão, V é o volume, n é a quantidade de matéria, R é a constante dos gases perfeitos (8,31 J/(mol·K)) e T é a temperatura em kelvin.

O gás refrigerante é o responsável por absorver o calor do interior do refrigerador para o exterior. Por isso ele é comprimido pelo compressor para que possa circular pelo sistema de refrigeração. O gás refrigerante é transformado em líquido quando passa pelo condensador, onde ocorre a liberação do calor absorvido. Qual é a função da válvula de expansão neste processo?

As máquinas térmicas são responsáveis por transformar calor em trabalho mecânico através do ciclo termodinâmico, que é formado por quatro processos: aquecimento, expansão, resfriamento e compressão . Qual destes processos representa a conversão da energia mecânica para outro meio?

Considere um ciclo de Carnot realizado por uma máquina térmica que opera entre dois reservatórios térmicos a temperaturas constantes T1 e T2, onde T1 > T2. Durante o processo de expansão isotérmica, a máquina recebe um calor Q1 do reservatório quente e realiza um trabalho W sobre o meio externo. No processo de compressão isotérmica, a máquina cede um calor Q2 para o reservatório frio. Se a eficiência do ciclo de Carnot é representada pela razão entre o trabalho líquido realizado pela máquina e o calor recebido do reservatório quente, e é dada pela expressão 1 - (T2 / T1), onde todas as temperaturas são medidas em Kelvin, responda: (1) Explique, com base nos princípios da Termodinâmica, por que é impossível construir uma máquina térmica que opere em um ciclo cuja única fonte de calor seja um reservatório térmico a temperatura T2. (2) Desenvolva uma demonstração matemática para a eficiência do ciclo de Carnot e discuta a implicação física do termo 1 - (T2 / T1) no contexto da maximização da eficiência das máquinas térmicas.