Ciências da NaturezaTermologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor)Difícil

Questão de Termologia (Calorimetria, Termodinâmica e Propagação de Calor) — ENEM

Em um estudo sobre sustentabilidade energética, pesquisadores avaliam o rendimento de uma máquina térmica que opera entre uma fonte quente e uma fonte fria. Uma máquina térmica retira calor da fonte quente, converte parte dele em trabalho útil e rejeita o restante para a fonte fria, sem nunca aproveitar toda a energia recebida. O rendimento é a fração do calor da fonte quente que se transforma em trabalho e pode ser obtido por η = 1 − (Qf / Qq), em que Qf é o calor rejeitado para a fonte fria e Qq é o calor retirado da fonte quente. Em um ciclo analisado pela equipe, a máquina retira 500 joules da fonte quente e rejeita 300 joules para a fonte fria. Considerando essa definição de rendimento e os valores medidos durante o ciclo, qual é o rendimento dessa máquina térmica?
A20%
B40%
C60%
D80%
E160%

Gabarito comentado

Nenhuma máquina térmica converte todo o calor em trabalho: parte é sempre rejeitada para a fonte fria, limitando o rendimento a menos de 100%. O rendimento mede a fração aproveitada (η = 1 − Qf/Qq) e orienta o projeto de motores e usinas mais eficientes e sustentáveis.

Resolução passo a passo

O rendimento de uma máquina térmica é η = 1 − (Qf / Qq), em que Qf é o calor rejeitado e Qq o calor recebido da fonte quente. No ciclo, Qq = 500 J e Qf = 300 J, logo a razão Qf/Qq = 300/500 = 0,6. Assim, η = 1 − 0,6 = 0,4, ou seja, 40%. De modo equivalente, o trabalho útil é Qq − Qf = 200 J, e 200/500 também resulta em 0,4. O valor 20% sairia de uma razão equivocada; 60% confunde o rendimento com a fração rejeitada (Qf/Qq); 80% inverte calor recebido e rejeitado; 160% somaria as parcelas sem subtrair. Apenas 40% aplica corretamente a definição, sendo a fração do calor convertida em trabalho útil.

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