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Banco de questões: Termodinâmica: Máquinas Térmicas

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Questão 1:

Muito Fácil

Uma máquina térmica opera em ciclos e tem como fonte quente uma caldeira cuja temperatura é de 400°C. A fonte fria é composta por um rio local, cuja temperatura é de 20°C. Um estudante propõe um ciclo de Carnot para essa máquina. Qual é o rendimento máximo teórico que a máquina do estudante pode atingir? Considere a constante de Stefan-Boltzmann como 5,67 x 10^-8 W m^-2 K^-4 e que a emissividade da caldeira é 1, assumindo que a caldeira se comporta como um corpo negro. Despreze as perdas de energia por atrito e condução durante a operação da máquina.
Termodinâmica: Máquinas Térmicas - EM13CNT102
Questão 2:

Médio

O rendimento de uma máquina térmica é a relação entre a quantidade de trabalho mecânico obtido e a quantidade de energia térmica fornecida. Uma das principais formas de calcular o rendimento é usando a lei da conservação da energia, que diz que a energia total do sistema permanece constante, mas pode ser transformada de uma forma para outra. Qual das seguintes afirmações está correta?
Termodinâmica: Máquinas Térmicas - EM13CNT102
Questão 3:

Médio

O ciclo termodinâmico é formado por quatro processos: aquecimento, expansão, resfriamento e compressão. Estes processos se relacionam diretamente com o funcionamento das máquinas térmicas, pois transformam calor em trabalho mecânico e vice-versa. Quando se tem o aquecimento do sistema com o objetivo de produzir trabalho mecânico, qual dos processos segue para que ocorra tal produção?
Termodinâmica: Máquinas Térmicas - EM13CNT102
Questão 4:

Difícil

Uma fábrica utiliza uma máquina térmica para converter energia térmica em trabalho mecânico, operando entre uma fonte de calor a 500 K e um reservatório a 300 K. Se a máquina funciona de forma ideal segundo o ciclo de Carnot e absorve 1500 J de calor da fonte quente, determine a eficiência do ciclo e o trabalho realizado pela máquina.
Termodinâmica: Máquinas Térmicas - EM13CNT102
Questão 5:

Difícil

Uma fábrica opera uma máquina térmica que recebe 3.000 J de calor de uma fonte quente a 500 K e realiza um trabalho de 500 J a cada ciclo. O restante do calor é transferido para uma fonte fria a temperatura T. Considerando que a máquina opera no ciclo de Carnot, determine a eficiência do ciclo e a temperatura da fonte fria para que a máquina opere com esse rendimento. Em seguida, justifique, com base no segundo princípio da termodinâmica, se é possível ou não que a máquina atinja esse rendimento com a fonte fria a essa temperatura.
Termodinâmica: Máquinas Térmicas - EM13CNT102
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