Questão 50 - Prova Modelo A - AFA 2026

I. Observa-se, primeiramente, que, nos trechos AB e CD, o sistema termodinâmico não troca calor com o ambiente, pois esses segmentos correspondem a processos adiabáticos reversíveis. Consequentemente, apenas nos trechos BC e AD há transferência de calor entre o sistema e o meio.

II. Verifica-se que, no trecho BC, há entrada de calor no sistema, pois o volume do gás aumenta sob pressão constante, o que indica elevação da energia interna e, consequentemente, da temperatura. Como o processo ocorre a pressão constante, o calor transferido pode ser determinado da seguinte maneira:

${\mathrm{Q}}_{\mathrm{entrada}} = {\mathrm{nc}}_{\mathrm{p}}∆\mathrm{T} \left(1\right)$

III. Para gases monoatômicos, o ${\mathrm{c}}_{\mathrm{p}}$ (calor específico a pressão constante) vale:

${\mathrm{c}}_{\mathrm{p}} = \frac{5}{2}\mathrm{R} \left(2\right)$

IV. De (2) em (1):

${\mathrm{Q}}_{\mathrm{entrada}} = \frac{5}{2}\mathrm{nR}∆\mathrm{T}$

V. Como se trata de um gás ideal, pela equação de Clapeyron:

$$\begin{gathered} \mathrm{nR}∆\mathrm{T} = \mathrm{P}∆\mathrm{V} \\ {\mathrm{Q}}_{\mathrm{entrada}} = \frac{5}{2}({\mathrm{P}}_{\mathrm{C}}{\mathrm{V}}_{\mathrm{C}} - {\mathrm{P}}_{\mathrm{B}}{\mathrm{V}}_{\mathrm{B}}) \\ {\mathrm{Q}}_{\mathrm{entrada}} = 80 \mathrm{PV} \end{gathered}$$

VI. Além disso, no trecho DA, ocorre rejeição de calor ao meio, pois o volume diminui sob pressão constante, indicando redução da energia interna e, consequentemente, da temperatura:

$$\begin{gathered} {\mathrm{Q}}_{\mathrm{saída}} = {\mathrm{nc}}_{\mathrm{p}}∆\mathrm{T} \\ {\mathrm{Q}}_{\mathrm{saída}} = \frac{5}{2}\mathrm{nR}∆\mathrm{T} \\ {\mathrm{Q}}_{\mathrm{saída}} = \frac{5}{2}({\mathrm{P}}_{\mathrm{A}}{\mathrm{V}}_{\mathrm{A}} - {\mathrm{P}}_{\mathrm{D}}{\mathrm{V}}_{\mathrm{D}}) \\ {\mathrm{Q}}_{\mathrm{saída}} = -20\mathrm{PV} \end{gathered}$$

VII. Convém destacar que o calor de saída assume valor negativo, em pleno acordo com a convenção termodinâmica de sinais: um valor negativo indica que o sistema rejeita energia térmica ao meio. 

VIII. Por fim, o rendimento é dado por:

$$\begin{gathered} \mathrm{\eta } = 1 - \frac{\left|{\mathrm{Q}}_{\mathrm{saída}}\right|}{\left|{\mathrm{Q}}_{\mathrm{entrada}}\right|} \\ \boxed{\mathrm{\eta } = 0,75} \end{gathered}$$