As máquinas a vapor, sendo máquinas térmicas reais, operam em ciclos de acordo com a segunda lei da Termodinâmica. Sobre estas máquinas, considere as três afirmações seguintes.

Para resolver a questão, precisamos nos lembrar da primeira e segunda leis da termodinâmica, que diz:

ΔQ=ΔU+Δτ

onde Q é o calor absorvido, U a energia interna do sistema e τ o trabalho realizado pelo sistema. Pela segunda lei, sabemos que: “O calor não passa espontaneamente de um corpo mais frio para um mais quente”. Tendo as leis em mente, podemos afirmar que a assertiva I está correta, pois está de acordo com a 2ª lei. Já a assertiva II está errada, pois de acordo com a 1ª lei, o calor absorvido é transformado em trabalho e variação de energia interna. Entretanto, como a variação de energia interna, para o vapor, está ligada à variação de energia cinética (colisão entre moléculas) e, por consequência, variação de temperatura, e como a máquina térmica trabalha entre duas fontes de calor, existe variação de temperatura do gás; dessa forma, há variação de energia interna. E a assertiva III também está incorreta, pois de acordo com a equação de rendimento para um ciclo de Carnot:

η=1-TfriaTquente

o rendimento só será 1 se a temperatura da fonte fria for 0 K, o que, de acordo com a 2ª lei, é impossível. Podemos comparar o ciclo de uma máquina perfeita (Carnot) com uma máquina real (no nosso caso, vapor) pois o ciclo de Carnot nos fornece o máximo rendimento possível; dessa forma, o que não vale para o Ciclo de Carnot, não valerá para nenhum outro ciclo. Está coerente apenas a assertiva I, portanto, a resposta correta é a alternativa A.