Física II ⇒ (Olimpíada Nacional de Ciências - 2016) Termodinâmica

[Sardinha]

Um carrinho se movimenta em MRU com 4,0 m/s por um plano horizontal através do trabalho realizado pelo motor no ritmo de 1,6 kW. Dentro do motor existe um cilindro que contém um gás que movimenta um êmbolo para cima e para baixo. Este movimento oscilatório é transferido para as quatro rodas do carrinho. Os 3,0 mol de gás contidos no recipiente sofrem um processo cíclico representado no gráfico.

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Para este processo gasoso, a fonte quente é uma chama gerada pela queima do combustível cuja temperatura média é 400°C e a fonte fria é o ambiente a 20°C. A força de resistência do ar no êmbolo é desprezível. Dados:
- Constante dos gases ideais ≅ 8,0 J/(K.mol)
- Calor molar à volume constante = 12 J/(mol.K)
a) O que representa cada uma das 4 etapas no gráfico?
b) Em algum momento o gás entra em equilíbrio térmico com uma de suas fontes?
c) Calcule calor absorvido (da fonte quente) e o calor cedido (para a fonte fria) pelo gás, em um ciclo.
d) Qual o rendimento deste processo gasoso?
e) Seria possível um rendimento maior? Se sim, em que situação?