Lista 9 Física II

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Departamento de Física - CFM - UFSC
Disciplina: Física II
Conteúdo da prova 3: Segunda Lei da Termodinâmica
Bibliografia:
• "Física II - Termodinâmica e Ondas"Sears & Zemansky - Young & Freedman,
12
a
ed.
• "Fundamentos de Física� Vol. 2, Halliday, Resnick, Walker 8a ed.
Lista de exercícios 9
1. Um motor a gasolina consome 16100 J de calor e realiza 3700 J de trabalho em
cada ciclo. O calor é obtido pela queima de gasolina com calor de combustão
igual a 4,60 ×104 J/g. a) Qual é a eficiência térmica? b) Qual é a quantidade
de calor rejeitada em cada ciclo? c) Qual é a massa de combustível queimada
em cada ciclo? d) Se o motor gira com 60 ciclos por segundo, qual é a potência
fornecida pelo motor em quilowatts?
(R:a)23%; c)m = 0,350 g; d) P = 222 kw)
2. Um freezer possui um coeficiente de desempenho igual a 2,40. O freezer deve
converter 1,80 kg de água a 25
◦
C em 1,80 kg de gelo a -5
◦
C em uma hora. a)
Que quantidade de calor deve ser removida da água a 25
◦
C para convertê-la
em gelo a -5
◦
C? b) Qual é a energia elétrica consumida pelo freezer durante
uma hora? c) Qual é a quantidade de calor rejeitado para a sala no qual o
freezer está localizado? (R:a) Q=-8,08×105 J; b) W=3,37×105 J)
3. Uma maquina 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 0,0400 kg de gelo. Durante esse tempo, quanto
trabalho é realizado pela máquina?
(R: W=4890 J)
4. Você projeta uma máquina que absorve 1, 50× 104 J de calor a 650 K em cada
ciclo e rejeita calor a uma temperatura de 350 K. A máquina completa 240
ciclos em 1 minuto. Qual é o máximo rendimento de potência teórico da sua
máquina, em cavalos vapor?
(R:37,1 hp)
1
5. Você faz chá com 0,250 kg de água a 85
◦
C e deixa esfriar à temperatura am-
biente (20
◦
C) antes de bebê-lo. a) Calcule a variação de entropia da água
enquanto esfria. b) O processo de resfriamento é essencialmente isotérmico
para o ar em sua cozinha. Calcule a variação de entropia do ar enquanto o
chá esfria, supondo que todo o calor perdido pela água vá para o ar. Qual é a
variação total de entropia do sistema chá-ar?
(R:a)∆Sagua = −210 J/K;b)∆Scha = 232 J/K)
6. Se 25,0 g do metal gálio derretem em sua mão, qual é a variação de entropia do
gálio nesse processo? E quanto a variação de entropia da sua mão? É positiva
ou negativa? É maior ou menor em modulo do que a variação de entropia do
gálio? (Dados: Tf galio = 29, 8
◦
C. Lf galio=8,04×104 J/kg)
(R:∆Sgalio = 6, 63 J/K)
7. a) Calcule a variação de entropia quando ocorre vaporização de 1,0 mol de água
(massa molecular 18,0 g/mol) a 100
◦
C. b) Repita o cálculo da parte (a) para
1,0 mol de nitrogênio líquido (N2), 1 mol de prata e 1,0 mol de mercúrio quando
cada um desses materiais é vaporizado em seu ponto de ebulição normal. (Veja
a Tabela 17.4 do livro Young Freedman para os calores de vaporização e o
Apêndice D (ou qualquer tabela periódica) para as massas moleculares).
c) As respostas que você encontrou nos itens (a) e (b) devem concordar em boa
aproximação. Explique por que isso acontece usando a ideia de que a entropia
mede o grau de desordem de um sistema.
(R:a)∆S = 109 J/K; b)∆SN2 = 72, 8 J/K)
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