1. (Ufjf-pism 2 2019) Uma máquina a vapor é uma máquina térmica que utiliza a pressão do vapor d’água. Considerando que
o calor é uma forma de energia, este pode produzir trabalho. Conforme as leis da Termodinâmica, as máquinas a vapor
operam em ciclos. James Watt (1736-1819) contribuiu de forma decisiva para a Revolução Industrial (entre a 2a metade do
séc. XVIII e a 1a metade do séc. XIX) nos processos de melhoria no motor a vapor. Mesmo após a invenção do motor a
combustão no final do sec. XIX, ainda hoje são utilizados motores térmicos – por exemplo, nas usinas nucleares – para a
geração de eletricidade.
Analise as afirmações a seguir a respeito de máquinas a vapor, respondendo se são verdadeiras ou falsas, JUSTIFICANDO
SUA RESPOSTA DA MANEIRA MAIS OBJETIVA POSSÍVEL.
a) Considere que, em determinado momento, o volume do vapor permanece constante, porque o êmbolo que pressiona o
vapor travou devido a uma falha mecânica. Nesse caso, conforme a 1a lei da Termodinâmica, toda a energia obtida na
forma de calor é transformada em energia interna.
b) De acordo com a 2a lei da Termodinâmica, as máquinas a vapor, no decorrer de um ciclo, transformam em trabalho todo
calor recebido da fonte quente, e a energia interna do vapor se mantém constante.
Respostas
a) Correto. O trabalho é 0, todo calor é transformado em Delta U( variação de energia). Q=variação de energia interna.
b) Errado. De acordo com a 2° lei da Termodinâmica não é possível uma máquina térmica converter 100% do calor gerado pela fonte quente em trabalho, é necessário uma fonte fria.
Letra A está correta.
Letra B é falsa.
Segundo a Primeira Lei da Termodinâmica, a quantidade de calor trocada com o meio é usada para a realização de um trabalho e/ou atua na variação da energia interna do gás.
Ou seja, em um sistema isolado a variação da energia interna de um gás será igual a diferença da quantidade de calor trocada com o meio e o trabalho realizado por ele.
Analisando a afirmação A, se o volume de vapor permanece constante, o trabalho realizado equivale a zero, logo, todo calor é transformado em energia interna.
ΔU = Q - τ
ΔU = Q - 0
ΔU = Q
A Segunda Lei da Termodinâmica constata que o calor só é transferido espontâneamente do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
As máquinas térmicas não são capazes de transformar todo o calor recebido em trabalho. Nenhuma máquina térmica apresenta rendimento de 100%.
Logo, a afirmação B está incorreta.