PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS
Questão 85 (CFS 1) da EEAR 2022
– O gráfico pressão (P) por volume (V) a seguir representa uma série de transformações termodinâmicas pelas quais passam uma amostra de gás ideal em uma máquina térmica.

Assinale entre as alternativas, aquela que indica corretamente uma única mudança no ciclo representado no gráfico que aumentará o rendimento dessa máquina térmica.
- Aaumentar, na mesma proporção, o calor captado e emitido pela amostra
- Bdiminuir, na mesma proporção, o calor captado e emitido pela amostra
- Caumentar o valor da pressão P1
- Ddiminuir o valor da pressão P1
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Resolução comentada
O rendimento de uma máquina térmica é \eta = \dfrac{\tau}{Q_q}, em que \tau é o trabalho útil por ciclo (a área do ciclo) e Q_q é o calor captado da fonte quente. Também vale \eta = 1 - \dfrac{Q_f}{Q_q}, com Q_f o calor rejeitado.
No ciclo retangular, o trabalho é a área: \tau = (P_2 - P_1)(V_2 - V_1).
O gás recebe calor em D\to A (aquecimento a volume constante) e em A\to B (expansão isobárica a P_2). Cede calor em B\to C e em C\to D.
Analisando cada alternativa:
-
Aumentar ou diminuir o calor captado e o emitido na mesma proporção mantém a razão Q_f/Q_q. Logo o rendimento não muda, e (A) e (B) estão descartadas.
-
Aumentar P_1 reduz P_2-P_1, diminuindo a área, ou seja, o trabalho. Além disso, o calor captado em D\to A diminui, mas o efeito líquido não favorece o rendimento: o ciclo fica mais "estreito", mais próximo de um ciclo sem trabalho, e \eta cai.
-
Diminuir P_1 aumenta P_2 - P_1, e o trabalho cresce. O calor captado cresce menos que o trabalho. Verificando: o ganho de trabalho \Delta\tau é igual ao ganho de calor em D\to A somado a uma parte do calor em A\to B, que não muda, então a razão \tau/Q_q aumenta. Em outras palavras, o ciclo se aproxima de ciclos com maior diferença entre as temperaturas extremas, e o rendimento sobe.
Portanto, diminuir P_1 aumenta o rendimento.
Alternativa D.
Pegadinha: As alternativas A e B enganam quem acha que mais calor captado significa mais rendimento, mas a proporção mantida deixa a razão Qf/Qq igual.
Por que as outras alternativas estão erradas
- AAumentar calor captado e emitido na mesma proporção mantém a razão Qf/Qq, então o rendimento não muda.
- BDiminuir os dois calores na mesma proporção também mantém Qf/Qq e o rendimento.
- CAumentar P1 diminui a área do ciclo (trabalho), reduzindo o rendimento.
Assunto: Máquinas térmicas e segunda lei da termodinâmica.
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Fonte: EEAR 2022 · CFS 1. Prova oficial ↗