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Universidade Federal do Recôncavo da Bahia Prof. Edwin Hobi Júnior Física Geral e Experimental II Lista 8 – Segunda Lei da Termodinâmica 1. Determine (a) a energia absorvida na forma de calor e (b) a variação de entropia de um bloco de cobre de 2,00 kg cuja temperatura é aumentada reversivelmente de 25,0°C para 100°C. O calo específico do cobre é 386 J/kg.K 2. Suponha que 4,00 mols de um gás ideal sofram uma expansão isotérmica reversível do volume 𝑉! para o volume 𝑉! = 2,00 𝑉! a uma temperatura 𝑇 = 400 K. Determine (a) o trabalho realizado pelo gás e (b) a variação de entropia do gás. (c) Se a expansão fosse reversível e adiabática em vez de isotérmica, qual seria a variação de entropia do gás? 3. Um gás ideal sofre uma expansão isotérmica reversível a 77,0 °C, aumentando seu volume de 1,30 L para 3,40 L. A variação de entropia do gás é 22,0 J/K. Quantos mols de gás estão presentes? 4. Em um experimento, 200 g de alumínio a 100°C são misturados com 50,0 g de água a 20°C, com a mistura isolada termicamente. (a) Qual é a temperatura de equilíbrio? Quais são as variações de entropia (b) do alumínio, (c) da água e (d) do sistema alumínio-água? Dados: calor específico do alumínio: 900 J/kg∙K; calor específico da água: 4190 J/kg∙K. 5. Um cubo de gelo de 8,0 g a −10°C é colocado em uma garrafa térmica com 100 cm3 de água a 20°C. De quanto varia a entropia do sistema cubo-água até o equilíbrio ser alcançado? Dados: calor específico do gelo é 2220 J/kg∙K; calor específico da água: 4190 J/kg∙K; calor latente de fusão do gelo: 𝐿! = 334 kJ/kg 6. Um estudante universitário, na falta do que fazer, aquece 0,350 kg de gelo a 0°C até ele se fundir completamente. (a) Qual é a variação de entropia da água? (b) A fonte de calor é um corpo com massa muito grande a 25°C. Qual é a variação de entropia do corpo? (c) Qual é a variação total de entropia da água e da fonte de calor? Dado: calor latente de fusão do gelo: 𝐿! = 334 kJ/kg 7. Em um processo reversível, 3 mols de um gás ideal são comprimidos isotermicamente a 20°C. Durante a compressão, um trabalho de 1850 J é realizado sobre o gás. Qual é a variação de entropia do gás? 8. (a) Calcule a variação de entropia quando 1,0 kg de água a 100°C é vaporizado e convertido em vapor de água a 100°C. (b) Calcule a variação de entropia quando 1,0 kg de gelo funde-se a 0°C, transformando-se em água a 0°C. (c) A variação de entropia na fusão é maior ou menor do que a variação de entropia na vaporização? Interprete sua resposta, usando a ideia de que a entropia está associada ao grau de desordem de um sistema. Dados: calor latente de fusão do gelo: 𝐿! = 334 kJ/kg; calor latente de vaporização da água: 𝐿! = 2256 kJ/kg 9. Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 22,0%. Ela opera entre duas fontes de calor de temperatura constante cuja diferença de temperatura é 75,0°C. Qual é a temperatura (a) da fonte fria e (b) da fonte quente? 10. Uma máquina de Carnot opera entre 235°C e 115°C, absorvendo 6,30×10! J por ciclo na temperatura mais alta. (a) Qual é a eficiência da máquina? (b) Qual é o trabalho por ciclo que essa máquina é capaz de realizar? 11. Uma máquina de Carnot, cuja fonte fria está a 17°C, tem uma eficiência de 40%. De quanto deve ser elevada a temperatura da fonte quente para que a eficiência aumente para 50%? 12. O motor elétrico de uma bomba térmica transfere energia em forma de calor do exterior, que está a −5,0°C, para uma sala que está a 17°C. Se a bomba térmica fosse uma bomba térmica de Carnot (máquina de Carnot trabalhando no sentido inverso), que energia seria transferida na forma de calor para a sala para cada joule de energia elétrica consumida? 13. Para fazer gelo, um refrigerador de Carnot extrai 42 kJ em forma de calor a −15°C durante cada ciclo, com um coeficiente de desempenho de 5,7. A temperatura ambiente é 30,3°C. Qual é (a) a energia por ciclo fornecida ao ambiente em forma de calor e (b) o trabalho por ciclo necessário para operar o refrigerador? 14. A figura ao lado mostra uma máquina de Carnot que trabalha entre as temperaturas 𝑇! = 400 K e 𝑇! = 150 K e alimenta um refrigerador de Carnot que trabalha entre as temperaturas 𝑇! = 325 K e 𝑇! = 225 K. Qual é a razão 𝑄!/𝑄!? Respostas 1. (a) 5,79×10! J; (b) 173 J/K 2. (a) 9,22 kJ; (b) 23,1 J/K; (c) 0 3. 2,75 mols 4. (a) 57,0°C; (b) −22,1 J/K; (c) +24,9 J/K; (d) +2,8 J/K 5. 0,64 J/K 6. (a) 428 J/K; (b) −392 J/K; (c) 36 J/K 7. 6,31 J/K 8. (a) 6,05×10! J/K; (b) 1,22×10! J/K; (c) cerca de 5 vezes menor do que na vaporização. 9. (a) 266 K; (b) 341 K 10. (a) 23,6%; (b) 1,49×10! J 11. 97 K 12. 13 J 13. (a) 49 kJ; (b) 7,4 kJ 14. 2,03
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