3ª Avaliação de Física II B 2ª Lei da Termodinâmica

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3ª Avaliação de Física II – B – 2ª Lei da Termodinâmica
1ª) Sobre a compreensão da 2ª Lei da Termodinâmica: Converter energia mecânica em calor completamente e uma violação da segunda lei da termodinâmica? E converter calor em trabalho completamente? (1,5 ponto) Explique suas respostas com suas próprias palavras. (1,0 ponto).
 Não, não é uma violação converter energia mecânica em calor completamente. Porém, é uma violação converter calor em trabalho 
(W). Essa afirmação pode ser justificada/afirmada através das máquinas térmicas que transformam calor em trabalho.
Pela Segunda Lei da Termodinâmica, sabemos que é impossível criar uma máquina térmica com 100% de eficácia, ou seja, criar uma máquina térmica que produza uma quantidade de trabalho realizado totalmente igual à quantidade de calor absorvido de uma fonte.
2ª) Sobre o Ciclo de Carnot: Uma maquina que produz gelo opera em um ciclo de Carnot. Ela recebe calor da agua a 0,0 °C e rejeita calor para uma sala a 24,0 °C. Suponha que 85,0 kg de agua a 0,0 °C sejam convertidos em gelo a 0,0 °C. (a) Qual e o calor rejeitado para a sala? (1,0 ponto) (b) Qual e a energia que deve ser fornecida para a maquina? (1,5 ponto).
Letra A: 
O calor liberado no processo de congelamento da água é usado como fonte do refrigerador de Carnot, ou seja, é o . A questão pede para calcular o que é o calor liberado pela máquina depois de operar. Então o valor de é:
 
- Conhecendo o podemos utilizar a seguinte relação:
Para calcular o calor rejeitado para a sala temos:
O sinal negativo indica que o calor está sendo rejeitado para a sala.
Letra B:
Para entender qual a energia que deve ser fornecida para a máquina, vamos calcular o trabalho (W), uma vez que a energia fornecida está associada ao trabalho realizado por ela.
Essa energia representa a energia mecânica realizada pela máquina, então iremos calcular o trabalho mecânico através da equação:
Conhecendo os valores de , basta apenas substituir esses valores na equação e encontrar a energia que deve ser fornecida para a máquina.
O trabalho é negativo, logo, foi retirado 2,50 x103 k/j.
3º) Sobre o cálculo da entropia: Um bloco de gelo de 4,50 kg a 0,00 °C cai no oceano e se derrete. A temperatura media do oceano e 3,50 °C, incluindo todas as águas profundas. Em quanto a variação desse gelo para a água a 3,50 °C altera a entropia do universo? (1,0 ponto) A entropia aumenta ou diminui? (0,5 ponto) Explique suas respostas (1,0 ponto).
Inicialmente, o gelo a 0 °C se transforma em água no processo de fusão e, logo após, é aquecido a 3,50 °C.
Calculando a entropia neste processo temos:
- Convertendo 0 °C em Kelvin e substituindo temos que:
· Calculando 
- Conhecendo os valores vamos substituir.
- Vamos aqui calcular para gelo:
Para a variação da entropia do oceano:
Para o calor específico: 
Calculando a Entropia do Oceano:
Para verificar o quão altera a entropia do universo basta que calculemos a entropia total.
A entropia aumenta porque o é maior que 0.
4º) Uma usina elétrica experimental no Laboratório de Energia Natural no Havaí gera energia elétrica a partir do gradiente de temperatura do oceano. A água da superfície esta a 27 °C e a água em profundidades elevadas esta a 6 °C. (a) Qual e a eficiência teórica máxima dessa usina? (1,5 ponto) (b) Se a usina deve produzir 210 kW de potencia, com que taxa o calor deve ser extraído da água quente? (1,0 ponto).
Letra A:
 A eficiência teórica máxima é a eficiência do ciclo de Carnot. Logo, usaremos a equação da eficiência para tal.
Substituindo os valores dados para a temperatura, porém em Kelvin.
Letra B:
 Temos que:
Logo, substituindo na equação os valores fornecidos temos que o calor que deve ser extraído equivale a: