Question

30.Sob que condições uma máquina térmica teria
rendimento:
a) nulo: n = 0
b) máximo: n = 1​

Answer 1

Resposta:

Rendimento das máquinas térmicas

m dos principais objectivos de quem constrói uma máquina térmica, é que esta tenha o maior rendimento possível. O rendimento, que normalmente se denota por η, define-se como a razão entre o trabalho que a máquina fornece, W, e a energia sob a forma de calor que sai da fonte quente, Qq, e sem o qual ela não poderia funcionar.

Como o quociente entre Qc e Qq tem um valor que pode estar entre 0 e 1, o rendimento de uma máquina térmica é sempre inferior a 1. Caso o valor de Qc fosse nulo, isto é, se a máquina não transferisse energia sob a forma de calor para a fonte fria, o rendimento seria igual a 1.

No entanto, não é possível construir máquinas térmicas onde, ciclicamente se transforme toda a energia sob a forma de calor proveniente da fonte quente, em trabalho, uma vez que tal violaria a 2ª lei da termodinâmica.

Fig. 2 - Esquema de uma máquina térmica impossível devido à 2ª lei da termodinâmica.

Fig. 2 - Esquema de uma máquina térmica impossível devido à 2ª lei da termodinâmica

Answer 2

Uma máquina térmica é um dispositivo que opera por ciclos termodinâmicos retirando calor $Q_h$ de uma fonte quente para realizar trabalho $W$ . Todavia, as máquinas térmicas perdem parte do calor, denominado $Q_c$, para uma fonte fria. A eficiência de uma máquina térmica é um valor que varia entre 0 e 1 (ou 0 e 100%) e indica o quão boa ela é para converter o calor da fonte quente em trabalho.

$\eta = \frac{Q_h-Q_c}{Q_h}$

(a) Note da expressão anterior que, para que a eficiência seja nula, é necessário que:

$\eta = \frac{Q_h-Q_c}{Q_h}\\ \\0 = \frac{Q_h-Q_c}{Q_h}\\ \\Q_h-Q_c = 0\\ \\Q_h=Q_c$

Ou seja, todo calor retirado da fonte quente é perdido na fonte fria, não realizando nenhum trabalho.

(b) Neste caso, da equação da eficiência:

$\eta = \frac{Q_h-Q_c}{Q_h}\\ \\1 = \frac{Q_h-Q_c}{Q_h}\\ \\Q_h-Q_c=Q_h\\ \\Q_c=0$

Ou seja, não há calor perdido na fonte fria, o que indica que todo calor retirado da fonte quente foi convertido em trabalho, indicando a eficiência igual a 1 (ou 100%). Deve-se atentar ao fato de que é fisicamente impossível uma máquina térmica com eficiência igual a 1. este resultado viola a 2ª Lei da termodinâmica (Enunciado de Clausius), que afirma que nenhuma máquina térmica é capaz de converter integralmente calor em trabalho.

Bons estudos!! Espero ter ajudado.