Uma máquina térmica pode converter
todo calor recebido em trabalho mecânico? Suponha que
numa máquina térmica a fonte quente libera 1000J de calor e
realize um trabalho de 600J. O que aconteceu com os 400J de
energia que não foram utilizados para a realização de trabalho?
Soluções para a tarefa
Resposta:
Não, uma máquina térmica não é capaz de converter todo calor recebido em trabalho mecânico. Os 400J que não foram utilizados para a realização de trabalho foram convertidos em outras formas, menos úteis, de energia, como som, vibração e calor dissipado. Isso ocorre porque, assim como previsto pela Primeira Lei da Termodinâmica, devido à forma como funcionam as máquinas térmicas, apenas uma parte do calor que recebem é convertida em trabalho útil, como em movimento. Isso se deve ao fato de que, quando estão em funcionamento, sempre acabam tendo parte dessa energia dissipada de outras formas, como pelos sons que emitem, vibrações ou esquentando (energia térmica). Já a Segunda Lei da Termodinâmica complementa ainda mais essa ideia, ao citar o efeito da entropia, que corrobora para a ideia de que nenhuma máquina térmica é capaz de ter um rendimento de 100%, pois parte calor que recebem é convertida em outras formas de energia.
Explicação:
Uma máquina térmica não pode converter todo calor recebido em trabalho mecânico, pois viola a 2ª Lei da Termodinâmica.
Na situação descrita no enunciado os 400 J são perdidos para a fonte fria na forma de calor, ou seja, os 400 J não são aproveitados.
O que é necessário para se ter uma máquina térmica real?
A 2ª Lei da Termodinâmica e mais precisamente o enunciado de Kelvin-Planck diz que:
"é impossível construir um dispositivo que opere num ciclo e que não produza outros efeitos além do levantamento de um peso (trabalho) e troca de calor com um único reservatório térmico”
Resumindo:
- máquina térmica deve produzir trabalho
- para que haja trabalho é preciso transferir energia para a máquina térmica na forma de calor
- para que haja transferência de calor é necessário uma fonte fria e uma fonte quente
- por mais que parte de energia oriunda da fonte quente seja transformada em trabalho sempre haverá uma perda para a fonte fria.
Logo, podemos afirmar que não é possível converter todo o calor em trabalho mecânico, pois viola a 2ª Lei da Termodinâmica e o enunciado de Kelvin-Planck.
Parte do calor é sempre perdido para a fonte fria, que precisa existir para que haja transferência de calor da fonte quente. É isso que ocorre com os 400 J.
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