Entendendo o que é máquina térmica antes de praticar
Máquina térmica é simplesmente um dispositivo que converte calor em trabalho mecânico. O conceito aparece no 7º ano do ensino fundamental quando os alunos começam a estudar transformação de energia e ciclos termodinâmicos básicos. A maioria dos exercícios nessa série pede para calcular eficiência, identificar os componentes do ciclo ou relacionar calor e trabalho. É conteúdo introdutório, mas precisa ser feito com cuidado porque conceitos errados logo de início geram confusão anos depois. Eu já corrigi centenas de exercícios desses. O problema mais comum que eu vejo todo semestre é o seguinte: o aluno confunde calor recebido com trabalho realizado. Ele vê o valor numérico de Q (calor) e acha que esse é o resultado da máquina. Na prática, eu copiei a questão no quadro, deixei cinco minutos de silêncio e pedi para eles desenhar o ciclo antes de qualquer conta. Isso resolveu o erro na maioria dos casos. Desenhar força o cérebro a pensar no processo físico, não apenas a substituir números na fórmula.
exercícios sobre máquinas térmicas 7 ano com gabarito
Abaixo estão dez exercícios típicos para essa faixa etária, cobrindo desde cálculo direto de eficiência até interpretação de diagramas de ciclos. O gabarito vem ao final de cada exercício para facilitar a correção rápida. Exercício 1
Uma máquina térmica recebe 500 J de calor de uma fonte quente e rejeita 300 J para a fonte fria. Qual é o trabalho realizado pela máquina? Gabarito: W = Q1 - Q2 = 500 - 300 = 200 J
Exercício 2 Calcule a eficiência de uma máquina térmica que recebe 800 J da fonte quente e realiza 200 J de trabalho.
Gabarito: = W / Q1 = 200 / 800 = 0,25 = 25% Exercício 3
Uma máquina opera com eficiência de 30% e recebe 600 J de calor. Qual é o trabalho realizado e quanto de calor é rejeitado? Gabarito: W = × Q1 = 0,30 × 600 = 180 J. Q2 = Q1 - W = 600 - 180 = 420 J
Exercício 4 Se uma máquina tem eficiência de 40% e rejeita 360 J para a fonte fria, qual é o calor recebido da fonte quente?
Gabarito: Como = W/Q1 e W = Q1 - Q2, temos = (Q1 - Q2)/Q1. Substituindo: 0,40 = (Q1 - 360)/Q1. Resolvendo: Q1 = 600 J Exercício 5
Um motor realiza 150 J de trabalho a cada ciclo e tem eficiência de 25%. Quanto calor ele recebe por ciclo? Gabarito: Q1 = W / = 150 / 0,25 = 600 J
Exercício 6 Uma máquina térmica ideal funciona entre uma fonte a 500 K e outra a 300 K. Calcule a eficiência máxima (Carnot) dessa máquina.
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Gabarito: = 1 - Tf/Th = 1 - 300/500 = 1 - 0,6 = 0,4 = 40% Exercício 7
Uma máquina tem eficiência de 20%. Se ela receber 1000 J de calor, qual é a quantidade de calor rejeitada? Gabarito: W = 0,20 × 1000 = 200 J. Q2 = 1000 - 200 = 800 J
Exercício 8 O motor de um carro realiza 4000 J de trabalho e tem eficiência de 20%. Qual a quantidade de calor queimado no combustível por ciclo?
Gabarito: Q1 = W / = 4000 / 0,20 = 20.000 J Exercício 9
Uma máquina de Carnot opera entre 400 K e 250 K. Um estudante calculou a eficiência como 60%. O cálculo está certo? Justifique. Gabarito: Não. A eficiência correta é = 1 - 250/400 = 1 - 0,625 = 0,375 = 37,5%. O erro do estudante foi inverter a razão ou usar valores incorretos.
Exercício 10 Complete a tabela abaixo para uma máquina térmica operando em ciclo:
| Q1 (J) | Q2 (J) | W (J) | (%) |
|---|---|---|---|
| ? | 300 | 200 | ? |
| 800 | ? | 240 | ? |
| ? | 450 | 150 | ? |
| 1000 | 750 | ? | ? |
Gabarito: Linha 1: Q1 = 500 J, = 40%
Linha 2: Q2 = 560 J, = 30% Linha 3: Q1 = 600 J, = 25%
Linha 4: W = 250 J, = 25% Um detalhe que pouquíssimos professores explicam e que causa confusão constante: a eficiência nunca pode ser 100%. Alguns alunos insistem em colocar valores que dão exatamente 1 ou 100% nos exercícios. A segunda lei da termodinâmica impede isso na prática. Se uma questão pedir para calcular algo que resulte em eficiência acima de 50% para uma máquina real, verifique os dados. Muitas vezes há erro de transcrição no enunciado. Eu já encontrei questões onde a temperatura da fonte fria estava em °C e o aluno usou sem converter para Kelvin, o que gerava eficiências absurdas acima de 80%. A correção imediata foi pedir a conversão antes de qualquer aplicação da fórmula de Carnot.
Para quem quer mais exercícios sobre máquinas térmicas 7 ano com gabarito, livros didáticos como a coleção do Novo Ensino Médio (editora Ática) e o Ciência do dia a dia (editora Scipione) trazem cadernos de exercícios com questões similares. O importante não é resolver dezenas de contas repetitivas, mas entender quando usar W = Q1 - Q2 e quando usar = W/Q1. Os dois erros mais frequentes são trocar Q1 por Q2 no denominador da eficiência e esquecer que o calor rejeitado sempre é positivo, nunca zero. Se você está montando uma lista de prática para turma, recomendo começar com os exercícios 1 a 5, que são puramente numéricos e diretos. Depois avance para o 6 e 9, que exigem interpretação conceitual. A tabela do exercício 10 é útil para fixar as relações entre as quatro grandezas envolvidas. Cada um desses exercícios leva em média dois minutos para ser resolvido por um aluno que já domina as fórmulas. Para quem ainda está aprendendo, o tempo sobe para cerca de oito minutos porque há verificação constante de quais valores são desconhecidos.
