A teoria cinética dos gases estuda a relação entre as grandezas pressão, volume e temperatura de um sistema. Muitas são as aplicações relacionadas à área da Termodinâmica, como por exemplo, as máquinas térmicas e os refrigeradores. Considere uma máquina térmica a gás ideal que absorve 52 kcal de calor e rejeita 40 kcal de calor em cada ciclo.
Com base nas informações fornecidas, leia com atenção os itens a seguir, resolva-os de forma detalhada e apresente todas as justificativas necessárias.
a) Calcule o trabalho realizado pela máquina por ciclo.
b) Qual é a eficiência dessa máquina térmica?
c) Supondo que as temperaturas das fontes quente e fria dessa máquina térmica sejam de 280 oC e 120 oC, respectivamente. Como podemos calcular a sua eficiência máxima? Explique e determine o valor da sua eficiência máxima.
Soluções para a tarefa
a) 12 Joules
b) n = 23%
c) n = 29%
De acordo com a Segunda Lei da Termodinâmica, o calor é transferido do corpo de maior temperatura para o de menor temperatura.
Com base nesse princípio podemos calcular o trabalho realizado em um ciclo de uma máquina térmica por meio da seguinte equação -
T = Q1 - Q2
T = 52 - 40
T = 12 Joules
Para calcular a eficiência de uma máquina térmica utilizamos a seguinte equação -
n = 1 - Q2/Q1
Onde,
Q2 = quantidade de calor rejeitada
Q1 = quantidade de calor absorvida
n = 1 - 40/52
n ≅ 0,23
n ≅ 23%
O rendimento máximo de uma máquina térmica ideal pode ser calculada por meio da seguinte equação -
n = 1 - T2/T1
onde,
T2 = temperatura em kelvin da fonte de resfriamento
T1 = temperatura em kelvin da fonte de aquecimento
n = 1 - (120 + 273)/(280 + 273)
n = 1 - 393/553
n = 1 - 0,71
n = 0,29
n = 29%
Esse valor representa o quanto de energia a maquina consegue transformar em trabalho.