Física_III_Lista_de_exercícios_05_2a_Lei_da_Termodinâmica

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Faculdades LOGATTI - Araraquara 
 
Física III 
Lista de Exercícios no. 05 
(Prof. Resp.: Marcelo Moreira) 
 
Segunda lei da Termodinâmica 
 
Estudo (teoria): 
TIPLER, P. A. 
Física para cientistas e engenheiros 
Volume 1 - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica 
Rio de Janeiro, Editora LTC, 2000 
Capítulo 20 
TIPLER, P. A., MOSCA, G. 
Física para cientistas e engenheiros 
Volume 1 - Mecânica, Oscilações e Ondas, Termodinâmica 
Rio de Janeiro, Editora LTC, 2006 
Capítulo 20 
HALLIDAY, D., RESNICK. R. 
Física, vol. II-1 
Rio de Janeiro, Ed. Ao Livro Técnico, 1973 
Capítulo 25 
Estudo (revisão de conceitos elementares do Ensino Médio): 
PAULI, R. U., MAJORANA, F. S., HEILMANN, H. P., CHOHFI, A. C. 
Física 2 - Calor e Termodinâmica 
São Paulo, Editora E.P.U., 1979 
Capítulo 5 
 
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SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS 
 
1.1.1.1. Uma certa máquina recebe 400 J de calor e efetua 120 J de trabalho em cada ciclo. 
(a) Qual o rendimento da máquina? 30% % ====ηηηη 
(b) Que quantidade de calor é rejeitada por ciclo? J280Q f ==== 
 
2.2.2.2. Certa máquina, com 1 mol de gás ideal diatômico, efetua um ciclo constituído por três 
processos: (1) expansão adiabática da pressão inicial de 2,64 atm e volume inicial de 10 L 
até uma pressão de 1 atm e volume de 20 L; (2) resfriamento a pressão constante até o 
volume de 10 L; (3) aquecimento a volume constante até a pressão de 2,64 atm. Calcular o 
rendimento do ciclo. 15% % ≅≅≅≅ηηηη 
 
3.3.3.3. Um mol de gás ideal monoatômico, com o volume inicial 
L25 V1 ==== , efetua o ciclo representado na figura. Todos os 
processos são quase-estáticos. Calcular: 
(a) a temperatura em cada ponto (1, 2 e 3) do ciclo; 
 
K300,70T1 ≅≅≅≅ K601,40T2 ≅≅≅≅ K601,40T3 ≅≅≅≅ 
(b) o calor trocado em cada processo do ciclo; 
 
J3750,03 Q 21 ≅≅≅≅→→→→
 
J3465,76Q 32 ====→→→→
 
J6250,05Q 13 −−−−====→→→→
 
(c) o rendimento do ciclo. 14% % ≅≅≅≅ηηηη 
 
4.4.4.4. Uma certa máquina, contendo 1 mol de gás ideal, inicialmente a L 24,6 V1 ==== e K 400 T ==== , 
efetua um ciclo constituído por quatro processos: (1) expansão isotérmica até a duplicação 
do volume inicial; (2) resfriamento isocórico até a temperatura K 300 T ==== ; (3) compressão 
isotérmica até o volume inicial; (4) aquecimento isocórico até a temperatura inicial de 400 
K. Admitir que KmolJ21 Cv ⋅⋅⋅⋅==== . Representar o ciclo no plano pV e calcular o seu 
rendimento. %13% ====ηηηη 
 
5.5.5.5. Um refrigerador recebe 5 kJ de energia de uma fonte fria rejeita 8 kJ de calor para um 
reservatório quente. 
(a) Calcular o coeficiente de eficiência do refrigerador. 1,67
3
5COE ≅≅≅≅====
 
(b) O refrigerador é reversível e pode operar ao revés, como máquina térmica, entre as 
fontes térmicas mencionadas. Qual o rendimento dessa máquina? 37,5% % ====ηηηη 
 
 
 3 
6.6.6.6. Uma certa máquina de Carnot opera entre reservatórios térmicos entre as temperaturas 
K 300 T
 q ==== e K 200 Tf ==== . 
(a) Qual o seu rendimento? 33,33% %rev ≅≅≅≅ηηηη 
(b) Se forem recebidos 100 J de calor do reservatório quente, por ciclo, que trabalho efetua 
a máquina? J33,33Wciclo ≅≅≅≅ 
(c) Que quantidade de calor rejeita a máquina, por ciclo? J67,66Q f ≅≅≅≅ 
(d) Qual o COE desta máquina ao operar como refrigerador entre os reservatórios térmicos 
mencionados? 2COErev ≅≅≅≅ 
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SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA 
EXERCÍCIOS PROPOSTOS 
 
1.1.1.1. Uma certa máquina com 20% de rendimento efetua 100 J de trabalho a cada ciclo. 
(a) Qual o calor recebido da fonte quente a cada ciclo? J500Qq ==== 
(b) Qual o calor rejeitado para a fonte fria a cada ciclo? J400Qf ==== 
 
2.2.2.2. Uma certa máquina recebe 100 J de calor e rejeita 60 J em cada ciclo. 
(a) Qual o seu rendimento? %40% ====ηηηη 
(b) Se cada ciclo durar 0,5 s, qual a potência da máquina em watts? W80PM ==== 
 
3.3.3.3. Um refrigerador opera entre a temperatura de 0 ºC em seu interior e a temperatura 
ambiente de 20 ºC. Qual o coeficiente de eficiência máxima pode possuir esse 
refrigerador? 
 7,13COErev ==== 
 
4.4.4.4. Uma bomba de calor possui a potência de 20 kW para aquecer o ambiente de uma casa. A 
temperatura externa é -10°C e a temperatura interna da fonte que alimenta o ventilador de 
ar quente é 40°C. 
(a) Qual o coeficiente de eficiência de uma bomba de calor, operando como uma máquina 
de Carnot reversa? 26,5COErev ==== 
(b) Qual a potência mínima necessária para operar a bomba de calor? kW2,3PM ==== 
(c) Se o COE da bomba de calor for 60%, qual a potência mínima necessária para operar a 
máquina? kW8,4PM ==== 
 
5.5.5.5. Certa máquina recebe 200 kJ de calor de uma fonte quente, a 500 K, e descarrega calor 
num reservatório frio a 200 K, em cada ciclo de operação. O seu rendimento é de 85% da 
de uma máquina de Carnot operando entre os reservatórios térmicos mencionados. 
(a) Qual o rendimento da operação da máquina? 51% 
(b) Que trabalho a máquina proporciona em cada ciclo? 102 kJ 
(c) Que calor é descarregado em cada ciclo? 98 kJ