Uma máquina térmica recebe 520 kJ de calor por ciclo de uma fonte a 287 °C e rejeita calor para um dissipador a 7 °C em quantidades hipotéticas de: (A) 390 kJ por ciclo; (B) 260 kJ por ciclo e (C) 160 kJ por ciclo. Considerando essas três hipóteses, assinale a opção correta.
- A)As hipóteses (A) e (C) são características de ciclos reversíveis.
Errada, porque a hipótese (C) não é reversível: ela exigiria rendimento maior que o limite de Carnot, e a hipótese (A) também não é de ciclo reversível.
- B)As hipóteses (B) e (C) são características de ciclos irreversíveis.
Errada, porque a hipótese (B) corresponde exatamente ao ciclo reversível, não a um ciclo irreversível.
- C)A hipótese (B) é característica de um ciclo reversível.
Certa, porque com Th = 560 K e Tc = 280 K o rendimento máximo é 50%, o que leva a Qc = 260 kJ por ciclo.
- D)A hipótese (C) é característica de um ciclo reversível.
Errada, porque a hipótese (C) violaria o limite de Carnot e, portanto, não pode ser reversível.
- E)A hipótese (A) é característica de um ciclo impossível.
Errada, porque a hipótese (A) ainda pode ocorrer em um ciclo irreversível; ela não é impossível.
Gabarito: C
Em máquinas térmicas, o truque é sempre comparar o que a máquina faz com o limite de Carnot, que é o rendimento máximo possível entre duas fontes de temperatura. Aqui, o foco não é decorar fórmula por decorar, mas ver se a hipótese respeita a 2ª Lei da Termodinâmica. Se passar do limite de Carnot, a conta vira ficção científica; se ficar abaixo, pode ser um ciclo real, só que irreversível. As temperaturas são 287 °C e 7 °C, que em Kelvin viram 560 K e 280 K. Para um ciclo reversível de Carnot, o rendimento é η = 1 - Tc/Th = 1 - 280/560 = 0,5, isto é, 50%. Como a máquina recebe 520 kJ por ciclo, o trabalho máximo reversível seria 260 kJ e, portanto, o calor rejeitado também seria 260 kJ. Agora vem a leitura das hipóteses: na hipótese (B), a máquina rejeita 260 kJ. Isso bate exatamente com o valor de um ciclo reversível entre essas temperaturas. Por isso, a alternativa C está correta. A hipótese (C), com rejeição de apenas 160 kJ, daria trabalho demais e ultrapassaria o máximo permitido, então não pode ser reversível. Resumo de prova: quando você vir máquina térmica com duas temperaturas, calcule Carnot primeiro. Se a hipótese coincide com o limite máximo, é reversível; se fica abaixo, é possível, mas irreversível; se tenta passar do limite, a natureza não assina embaixo.