Máquinas Térmicas e Refrigeradores: Definições e Eficiência

Máquinas térmicas e refrigeradores Apresentação Uma máquina térmica é um dispositivo que transforma energia térmica em trabalho útil Nesta Unidade de Aprendizagem serão estudadas as máquinas térmicas e os refrigeradores suas definições e eficiência Em seguida será definido o ciclo de Carnot Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Identificar máquina térmica refrigerador e ciclo de Carnot Construir o conceito de eficiência e calculála Relacionar máquinas do cotidiano a máquinas térmicas e refrigeradores Desafio Considerando o esquema de um refrigerador seu primeiro desafio é explicar passoapasso e mais detalhadamente possível como funciona um ar condicionado que retira energia do ambiente mais frio e coloca no ambiente mais quente Na sequência suponha um arcondicionado de eficiência de 40 onde lhe é fornecido 1200J de trabalho por segundo dentro de uma sala de 10m³ Qual é a variação de temperatura por segundo nesse ambiente Essa variação é grande ou pequena Use a densidade do ar como 127 kgm³ e pesquise o calor específico do ar Infográfico A seguir há uma ilustração sobre os principais pontos desta Unidade de Aprendizagem Conteúdo do livro O trecho selecionado para o estudo nesta Unidade de Aprendizagem aborda as máquinas térmicas e os refrigeradores A primeira é uma máquina que retira calor de uma fonte quente para realizar trabalho ao passo que a segunda consegue retirar calor de uma fonte fria porém consome trabalho para fazer isso Acompanhe o trecho selecionado a seguir do livro Física para universitários relatividade oscilações ondas e calor Inicie a leitura a partir do tópico Máquinas e refrigeradores Boa leitura Wolfgang Bauer Gary D Westfall Helio Dias Wolfgang Bauer Gary D Westfall Helio Dias Wolfgang Bauer Gary D Westfall Helio Dias Bauer Westfall Dias Física Física para Universitários relatividade oscilações ondas e calor para Universitários Física para Universitários Física para Universitários wwwgrupoacombr 0800 703 3444 Área do Professor No site do Grupo A wwwgrupoacombr estão disponíveis materiais exclusivos para professores manual de soluções em inglês e apresentações em PowerPoint em português Física para Universitários utiliza discussões de pesquisas contemporâneas e de vários tópicos de energia para apresentar a física como uma ciência dinâmica e instigante com um enorme impacto em todas as outras áreas da ciência Além de mostrar o empolgante mundo da física Bauer Westfall Dias utilizam um método inédito de resolução de problemas com sete passos para propiciar aos estudantes uma das grandes habilidades que eles devem desenvolver em um curso de física a capacidade de resolver problemas e pensar logicamente sobre uma situação O terceiro livro de Bauer Westfall Dias descreve e explica cuidadosamente inúmeros tópicos entre eles uma visão geral das características físicas de sólidos líquidos e gases a natureza do movimento oscilatório propriedades e o comportamento de ondas ondas sonoras conceitos de temperatura calor e entropia Discutese também a natureza do calor e os mecanismos de transferência de energia térmica a física dos gases máquinas térmicas e a teoria de relatividade especial Os autores apresentam o conteúdo conectandoo intimamente com os maiores avanços da física atual O texto é acompanhado de inúmeras imagens exercícios e exemplos que envolvem o estudante universitário com as maravilhas da ciência da tecnologia e da inovação A Bookman Editora é parte do Grupo A uma empresa que engloba diversos selos editoriais e várias plataformas de distribuição de conteúdo técnico científico e profissional disponibilizandoo como onde e quando você precisar O Grupo A publica com exclusividade obras com o selo McGrawHill em língua portuguesa relatividade oscilações ondas e calor relatividade oscilações ondas e calor FÍSICA BAUER WESTFALL DIAS Física para Universitários Mecânica Física para Universitários Relatividade Oscilações Ondas e Calor Física para Universitários Eletricidade e Magnetismo Física para Universitários Ótica e Física Moderna COMINS KAUFMANN III Descobrindo o Universo 8ed FEYNMAN LEIGHTON SANDS Lições de Física de Feynman A Edição definitiva HEWITT PG Física Conceitual 11ed HEWITT PG Fundamentos de Física Conceitual KNIGHT RD Física Uma Abordagem Estratégica 2ed Vol 1 Mecânica Newtoniana Gravitação Oscilações e Ondas Vol 2 Termodinâmica e Óptica Vol 3 Eletricidade e Magnetismo Vol 4 Relatividade e Física Quântica PRESS TEUKOLSKY COLS Métodos Numéricos Aplicados Rotinas em C 3ed SAKURAI NAPOLITANO Mecânica Quântica Moderna Livros em produção no momento de impressão desta obra mas que muito em breve estarão à disposição dos leitores em língua portuguesa RELATIVIDADE OSCILAÇÕES ONDAS E CALOR FÍSICA wwwgrupoacombr 38964FisicaUniversitariosRelatividadeindd 1 090812 1139 B344f Bauer Wolfgang Física para universitários recurso eletrônico relatividade oscilações ondas e calor Wolfgang Bauer Gary D Westfall Helio Dias tradução Manuel Almeida Andrade Neto Trieste dos Santos Freire Ricci Iuri Duquia Abreu revisão técnica Helio Dias Dados eletrônicos Porto Alegre AMGH 2013 Editado também como livro impresso em 2013 ISBN 9788580551600 1 Física 2 Princípios da física 3 Relatividade 4 Oscila ções 5 Ondas 6 Calor I Westfall Gary D II Dias Helio III Título CDU 5301 Catalogação na publicação Ana Paula M Magnus CRB 102052 Capítulo 8 A Segunda Lei da Termodinâmica 243 trabalho W realizado no refrigerador O coeficiente de desempe nho K de um refrigerador é definido como 82 Nos Estados Unidos os refrigeradores geralmente são classificados por seu consumo energético anual sem informar a eficiência real Um refrigerador eficiente é aquele cujo consumo energético é com parável ao menor consumo energético de sua classe de capacidade Condicionadores de ar geralmente são classificados em ter mos de um índice de eficiência energética IEE definido como a capacidade de remoção térmica H em BTUhora dividida pela potência P usada em watts A relação entre K e IEE é onde t é um intervalo de tempo O fator 1341 surge da definição de um BTU por hora Valores típicos de IEE para um aparelho de arcondicionado variam de 8 a 11 o que significa que os valores de K variam de 23 a 32 Assim um condicionador de ar padrão pode remover cerca de três unidades de calor para cada unidade de energia usada Aparelhos de arcondicio nado central são geralmente classificados por um índice de eficiência energética de ajuste sazo nal IEES que leva em consideração o tempo em que o condicionador opera durante um ano Uma bomba de calor é uma variação de um refrigerador que pode ser usada para aquecer prédios A bomba de calor aquece o prédio resfriando o ar externo assim como para um refri gerador QL W QH Porém para uma bomba de calor a quantidade de interesse é o calor colocado no reservatório mais quente QH em vez do calor removido do reservatório mais frio Dessa forma o coeficiente de desempenho de uma bomba de calor é 83 onde W é o trabalho necessário para mover o calor do reservatório de baixa temperatura para o reservatório de alta temperatura O coeficiente de desempenho normal de uma bomba de calor comercial varia de 3 a 4 As bombas de calor não funcionam bem quando a temperatura externa está abaixo de 18 C 0 F TH QH W TL QL Reservatório térmico de alta temperatura Reservatório térmico de baixa temperatura Refrigerador b a Figura 85 a Um refrigerador doméstico b Diagrama de fluxo de um refrigerador operando entre dois reservatórios térmicos EXEMPLO 82 Aquecimento doméstico com bomba de calor Uma bomba de calor com coeficiente de desempenho de 3500 é usada para aquecer uma residên cia que perde 75000 BTUhora em um dia frio Suponha que o custo de eletricidade seja de 1000 centavos por quilowatthora PROBLEMA Qual é o custo para aquecer a casa por um dia SOLUÇÃO O coeficiente de desempenho de uma bomba de calor é dado pela equação 83 Então o trabalho necessário para aquecer a residência é Continua LivroBauerVol2indb 243 LivroBauerVol2indb 243 090812 1114 090812 1114 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem Na Biblioteca Virtual da Instituição você encontra a obra na íntegra Dica do professor A seguir os principais conteúdos abordados nesta Unidade de Aprendizagem são abordados Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Exercícios 1 Uma máquina térmica realiza um ciclo termodinâmico Esse ciclo tem um rendimento de 20 se no ciclo for realizado 150 J de trabalho Calcule quanta energia é retirada da fonte quente A a Qq1498 J B b Qq1502 J C c Qq1498 J D d Qq750 J E e Qq30 J 2 Duas máquinas térmicas retiram calor de um reservatório quente realizam trabalho e rejeitam uma certa quantidade de calor no mesmo reservatório frio Sobre isso analise as afirmativas a seguir I as duas máquinas terão a mesma eficiência II as duas máquinas necessariamente retirarão a mesma quantidade de calor e rejeitarão a mesma quantidade de calor afinal estão entre os mesmos reservatórios térmicos III A eficiência o calor retirado da fonte quente o trabalho realizado e o calor rejeitado são características que dependem de cada máquina Por isso não se pode afirmar nada a partir das informações fornecidas Quais estão corretas A a Apenas a I B b Apenas a II C c Apenas a III D d Apenas a I e a II E e A I a II e a III 3 Em um certo refrigerador O coeficiente de desempenho vale 15 se fornecemos 1000J de trabalho para fazêlo funcionar qual é a quantidade de calor que é retirada da fonte fria A a QF 150J B b QF 66666 J C c QF 99985 J D d É impossível de calcular com os parâmetros fornecidos E e QF 300 J 4 Uma máquina térmica opera sobre as temperaturas de 100K e 600K se essa máquina efetua 1000J de trabalho Suponha que é uma máquina de Carnot Qual é a eficiência dessa máquina A a ε B b ε 01 C c ε 500 D d ε E e ε 5 Analise as afirmativas a seguir I Uma máquina térmica pode rejeitar mais calor do que recebeu se e somente se combinado com o trabalho que aplicou II A máquina de Carnot é uma idealização e é a máquina que teria a maior eficiência III Uma máquina térmica tem eficiência inferior à de uma máquina de Carnot porém nela o calor nunca pode sair da fonte fria mesmo recebendo trabalho Quais estão corretas A a Apenas a I B b Apenas a II C c Apenas a III D d Apenas a I e a II E e A I a II e a III Na prática Ao construir um motor movido a vapor um engenheiro poderia se perguntar qual é a eficiência máxima teórica dessa máquina térmica que é a eficiência do ciclo de Carnot já que a máquina construída precisa ter uma eficiência menor do que a do ciclo de Carnot Assim se a caldeira opera entre as temperaturas de 370 K temperatura fonte fria da água e 740 K temperatura da fonte quente da caldeira a eficiência de Carnot é dada por Saiba Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professor Acompanhe um vídeo sobre ciclos termodinâmicos e máquinas térmicas Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Veja um exemplo resolvido sobre ciclo de Carnot Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Faça esta lista de exercícios sobre máquinas térmicas Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar