Exercícios_Segunda Lei da Termodinâmica e Máquinas Térmicas

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Segunda Lei da Termodinâmica e 
Máquinas Térmicas 
 Profa. Dra. Maria Elenice dos Santos 
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Os processos termodinâmicos que ocorrem na natureza são todos processos 
irreversíveis e a Segunda Lei da Termodinâmica é capaz de determinar qual é o 
sentido preferencial de ocorrência de tais processos. 
A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA / MÁQUINAS TÉRMICAS 
Não são as mudanças de energia em um sistema fechado que determinam o sentido 
dos processos ditos irreversíveis. 
WddQdU 
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(Exercício proposto 01) A figura ilustra dois blocos feitos do material cobre e de 
mesma massa mL = mR = 6,0 kg. O bloco L encontra – se inicialmente a uma 
temperatura TiL = 240,0ºC e o bloco R, a uma temperatura TiR = 80,0ºC. Os blocos 
estão em uma caixa hermeticamente fechada e ambos estão separados por uma 
divisória isolante. Quando a divisória é removida, os blocos atingem, depois de certo 
tempo, uma temperatura de equilíbrio Tf = 160,0ºC, como ilustrado. Calcule qual é a 
variação da entropia do sistema dos dois blocos durante esse processo irreversível. 
Considere o calor específico do cobre como 386,0 J/kg.K. 
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(Exercício proposto 02) Analisemos o caso de uma expansão livre de um gás. 
Suponha que 1,5 mol de nitrogênio esteja confinado no lado esquerdo de uma 
câmara hermeticamente fechada, conforme se verifica. Na sequência, a válvula é 
aberta e o volume do gás triplica. Qual é a variação da entropia deste processo 
irreversível? Considere que o gás confinado seja um gás ideal e que este seja um 
processo isotérmico. 
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(Exercício proposto 03) Uma máquina de Carnot opera entre as temperaturas TQ = 
850 K e TF = 300 K. A máquina realiza 1200 J de trabalho em cada ciclo, que leva 
0,25 s. (a) Qual é a eficiência da máquina? (b) Qual é a potência média da máquina? 
(c) Qual é a energia QQ (em módulo) extraída em forma de calor da fonte quente a 
cada ciclo? (d) Qual é a energia QF (em módulo) liberada em forma de calor da 
fonte fria a cada ciclo? (e) De quanto varia a entropia da substância de trabalho 
devido à energia recebida pela fonte quente? (f) De quanto varia a entropia da 
substância de trabalho devido à energia cedida à fonte fria? 
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(Exercício proposto 04) Coloque as seguintes máquinas térmicas em ordem da 
mais alta à mais baixa eficiência térmica. 
(i) Uma máquina que absorve 2500,0 J de calor e rejeita 2250,0 J de calor em um 
ciclo. 
(ii) Uma máquina que absorve 12500,0 J de calor e realiza 1000,0 J de trabalho em 
um ciclo. 
(iii) Uma máquina que realiza 200,0 J de trabalho e rejeita 1400,0 J de calor em um 
ciclo. 
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