Uma máquina térmica opera entre dois reservatórios de calor com temperaturas constantes, onde recebe 5.000 J de calor da fonte quente por ciclo de operação. Também em cada ciclo de operação, 1.000 J são transferidos para a fonte fria. Sabendo que, em 10 segundos, a máquina térmica realiza 20 ciclos, qual é a potência (quantidade de energia por tempo) fornecida pela máquina?

Alternativa A - 8.000 W

Para resolver esta questão, precisamos entender como uma máquina térmica transforma calor em trabalho e calcular a taxa de realização desse trabalho (potência).

Fundamentos Físicos

Uma máquina térmica funciona absorvendo calor de uma fonte quente (Q_Q), convertendo parte dele em trabalho útil (W) e rejeitando o restante para uma fonte fria (Q_F). Segundo o princípio da conservação de energia:

A potência (P) é definida como a quantidade de trabalho realizada por unidade de tempo:

Resolução Passo a Passo

1. Calcular o trabalho realizado em UM ciclo:
   Sabemos que a máquina recebe $5.000 \text{ J}$ e libera $1.000 \text{ J}$.
   W_{ciclo} = 5.000 \text{ J} - 1.000 \text{ J} = 4.000 \text{ J}
2. Calcular o trabalho TOTAL realizado no período:
   A máquina realiza 20 ciclos em 10 segundos.
   W_{total} = W_{ciclo} \times \text{número de ciclos}
   W_{total} = 4.000 \text{ J} \times 20 = 80.000 \text{ J}
3. Calcular a POTÊNCIA fornecida:
   Dividimos o trabalho total pelo tempo total gasto.
   P = \frac{80.000 \text{ J}}{10 \text{ s}} = 8.000 \text{ W}

Análise das Alternativas

Portanto, a potência fornecida pela máquina é de 8.000 W.