Física 2 - Máquinas Térmicas e Segunda Lei da Termodinâmica - Lista de Exercícios Resolvidos

Física 2 Capítulo 20 Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica Máquinas Térmicas Máquinas Térmicas Máquinas Térmicas são dispositivos que por meio de ciclos fechados recebem energia de uma determinada fonte e realizam trabalho contra a vizinhança A energia não utilizada é rejeitada e absorvida por outras fontes Definese Fonte quente sendo a origem do calor que entra no sistema o calor proveniente desta fonte em uma quantidade x de ciclos e a temperatura desta fonte Fonte fria sendo o destino do calor rejeitado pela máquina o calor rejeitado pela máquina em uma quantidade x de ciclos e a temperatura desta fonte Máquina Térmica Operação de uma máquina térmica Pela conservação de energia Aqui os módulos são necessários pois para a máquina térmica e pela convenção dos sinais Máquinas Térmicas Eficiência ou rendimento A eficiência ou rendimento de uma máquina térmica e a razão entre o trabalho de uma quantidade x de ciclos da máquina e a quantidade de calor absorvida da fonte quente nesta mesma quantidade de ciclos Como Máquinas Térmicas e a Segunda Lei da Termodinâmica Em uma máquina térmica operando em ciclos é impossível que todo o calor absorvido da fonte quente seja integralmente convertido em calor Em outras palavras sempre 2039 CALC Você constrói uma máquina térmica que requer 10 mol de um gás ideal diatômico em todo o ciclo mostrado na Figura P2039 a Mostre que o segmento ab é uma compressão isotérmica b Durante qualis processos do ciclo o calor é absorvido pelo gás Durante qualis processos o calor é rejeitado Como você sabe disso c Calcule a temperatura nos pontos a b e c d Calcule o calor total trocado com o meio ambiente e o trabalho total realizado pela máquina em um ciclo e Calcule a eficiência térmica da máquina Figura P2039 P Pa 40 10⁵ 20 10⁵ O 0005 0010 V m³ 29 A Fig 2027 mostra um ciclo reversível a que é submetido 100 mol de um gás monoatômico ideal Suponha que p 2p₀ V 2V₀ p₀ 101 10⁵ Pa e V₀ 00225 m³ Calcule a o trabalho realizado durante o ciclo b a energia adicionada em forma de calor durante o percurso abc e c a eficiência do ciclo d Qual é a eficiência de uma máquina de Carnot operando entre a temperatura mais alta e a temperatura mais baixa do ciclo e A eficiência calculada no item d é maior ou menor que a eficiência calculada no item c Figura 2027 Problema 29 Máquinas Térmicas Ciclo de Carnot NL Sadi Carnot imaginou em 1824 a máquina térmica com a maior eficiência possível Para isto limitou as trocas de calor em transformações isotérmicas uma de expansão e uma de compressão e no restante do ciclo utilizou transformações adiabáticas Máquinas Térmicas Ciclo de Carnot A eficiência de uma máquina de Carnot pode ser calculada pela razão entre as temperaturas das fontes uma vez que a troca de calor se dá somente nas transformações à temperatura constante Ciclo de Carnot e a Segunda Lei da Termodinâmica Não existe nenhuma máquina térmica real cuja eficiência seja maior ou igual à de uma máquina de Carnot operando entre as mesmas temperaturas Assim mesmo para a máquina de Carnot Como para que precisaríamos Ou 2013 Uma máquina de Carnot cujo reservatório quente está a uma temperatura de 620 K absorve 550 J de calor nessa temperatura em cada ciclo e fornece 335 J para o reservatório frio a Qual é o trabalho produzido pela máquina durante cada ciclo b Qual é a temperatura da fonte fria c Qual é a eficiência térmica do ciclo 2018 Uma máquina térmica de Carnot usa um reservatório quente que consiste em uma grande quantidade de água fervente e um reservatório frio formado por um grande tanque de gelo e água Em 5 minutos de funcionamento o calor rejeitado pela máquina derrete 00400 kg de gelo Durante esse tempo quanto trabalho W é realizado pela máquina Refrigeradores Refrigeradores Em suma um refrigerador é uma máquina térmica que opera em ciclo invertido Refrigeradores Coeficiente de desempenho Para um refrigerador não definese eficiência mas sim o coeficiente de desempenho A relação continua válida então Refrigerador de Carnot Uma máquina de Carnot operando no sentido anti horário é um refrigerador de Carnot Assim seu coeficiente de desempenho 40 Para fazer gelo um refrigerador que é o inverso de uma máquina de Carnot extrai 42 kJ na forma de calor a 15ºC durante cada ciclo com um coeficiente de desempenho de 57 A temperatura ambiente é 303ºC a Qual é a energia por ciclo fornecida ao ambiente na forma de calor e b qual o trabalho por ciclo necessário para operar o refrigerador