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Lista de Exercícios - Segunda Lei da Termodinâmica II
1) Uma máquina de Carnot cuja fonte fria está a 17◦ C tem uma eficiência de 40%. De quanto deve ser
elevada temperatura da fonte quente para que a eficiência aumente para 50%?
2) Uma máquina de Carnot absorve 52kJ na forma de calor e rejeita 36kJ na forma de calor em cada
ciclo. Calcule (a) a eficiência da máquina e (b) o trabalho realizado por ciclo em quilojaules.
3) Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 22%. Ela opera entre duas fontes de calor de tempe-
ratura constante cuja diferença de temperatura é 75◦ C. Qual a temperatura (a) da fonte fria e (b) da
fonte quente?
4) Uma máquina de Carnot opera entre 235◦ C e 115◦ C, absorvendo 6, 3×104 J por ciclo na temperatura
mais alta. (a) Qual é a eficiência da máquina? (b) Qual é o trabalho por ciclo que esta máquina é
capaz de realizar?
5) A Figura 1 mostra um ciclo reversível a que é submetido 1 mol de um gás monoatômico ideal.
Suponha que p = 2P0, V = 2V0, P0 = 1, 01 × 105 Pa e V0 = 0, 0225 m3. Calcule (a) o trabalho
realizado durante o ciclo, (b)a energia adicionada em forma de calor durante o percurso abc e (c)a
eficiência do ciclo. (d) Qual é a eficiência de uma máquina de Carnot operando entre a temperatura
mais alta e a temperatura mais baixa do ciclo? (e) A eficiência calculada no item (d) é menor ou
maior que a eficiência calculada no item (c)?
Figura 1: Ciclo Termodinâmico - problema 5.
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6) Uma máquina de Carnot de 500 W opera entre fontes de calor a temperaturas constantes de 100◦ C e
60◦ C. Qual a taxa com a qual energia é (a) absorvida pela máquina na forma de calor e (b) rejeitada
pela máquina na forma de calor?
7) A eficiência de um motor de automóvel é 25% quando o motor realiza um trabalho de 8, 2 kJ por
ciclo. Suponha que o processo é reversível. Determine (a) a energia QGANHO que o motor ganha
por ciclo em forma de calor graças a queima do combustível e (b) a energia QPERDIDO que o
motor perde por ciclo em forma de calor por causa do atrito. Se uma regulagem do motor aumenta a
eficiência para 31%, qual é o novo valor (c) de QGANHO e (d) de QPERDIDO para o mesmo valor
de trabalho realizado por ciclo?
8) Uma máquina de Carnot é projetada para realizar um certo trabalho W por ciclo. Em cada ciclo,
uma energia QQ na forma de calor é transferida para a substancia de trabalho da máquina a partir
da fonte quente, que está a uma temperatura ajustável TQ. A fonte fria é mantida à temperatura
TF = 250 K. A Figura 2 mostra o valor de QQ em função de TQ. A escala do eixo vertical é definida
por QQ = 6 kJ. Se TQ é ajustada para 550 K, qual é o valor de QQ?
Figura 2: Calor versus temperatura - problema 8.
9) A Figura 3 mostra um ciclo reversível a que é submetido 1,9mol e um gás monoatômico ideal. O
volume Vc = 8Vb. O processo bc é uma expansão adiabática, com Pb = 10 atm e Vb = 10−1m3.
Determine, para o ciclo completo, (a) a energia fornecia ao gás na forma de calor, (b) a energia
liberada pelo gás na forma de calor e (c) o trabalho líquido realizado pelo gás. (d) Calcule a eficiência
do ciclo.
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Figura 3: Ciclo Termodinâmico - problema 9.
10) Um gás ideal (1 mol) é a substância de trabalho e uma máquina térmica que descreve o ciclo mostrado
na Figura 4. Os processos BC e DA são reversíveis e adiabáticos. (a) O gás é monoatômico, diatômico
ou poliatômico? (b) Qual a eficiência a máquina?
Figura 4: Ciclo Termodinâmico - problema 10.
11) O ciclo da Figura 5 representa a operação de um motor de combustão interna a gasolina. O volume
V3 = 4V1. Suponha que a mistura e admissão gasolina-ar é um gás ideal com γ = 1, 3. Qual é a
razão (a)T2/T1 (b)T3/T1 (c)T4/T1 (d)p3/p1 (e)p4/p1? (f)Qual é a eficiência do motor?
Figura 5: Ciclo Termodinâmico - problema 11.
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12) Qual deve ser o trabalho realizado por um refrigerador de Carnot para transferir 1J na forma de calor
(a) de uma fonte de calor a 7◦ C para uma fonte de calor a 27◦ C, (b) de uma fonte a −73◦ C para
uma a 27◦ C, (c) e uma fonte a −173◦ C para uma a 27◦ C e (d) de uma fonte a −223◦ C para uma a
27◦ C?
13) Um condicionador de ar de Carnot extrai energia térmica de uma sala a 70◦ F e a transfere na forma
de calor para o ambiente, que está a 96◦ F. Para cada joule da energia elétrica necessária para operar
o condicionador de ar, quantos joules são removidos da sala?
14) Para fazer gelo, um refrigerador, que é o inverso de uma máquina de Carnot, extrai 42kJ na forma de
calor a−15◦ C durante cada ciclo, com um coeficiente e desempenho de 5,7. A temperatura ambiente
é 30, 3◦ C. Qual é (a) a energia por ciclo fornecia ao ambiente na forma de calor e (b) o trabalho por
ciclo necessário para operar o refrigerador?
16) O motor de um refrigerador tem uma potencia de 200W. Se o compartimento do congelador está
a 270K e o ar externo está a 300K, e supondo que o refrigerador tem a mesma eficiência que um
refrigerador de Carnot, qual é a quantidade máxima e energia que pode ser extraída na forma e calor
do compartimento do congelador em 10min?
16) A Figura 6 mostra uma máquina de Carnot que trabalha entre as temperaturas T1 = 400 K e T2 =
150 K e alimenta um refrigerador de Carnot que trabalha entre as temperaturas T3 = 325 K e T4 =
225 K. Qual é a razão Q3/Q1?
Figura 6: Máquina e refrigerador de Carnot - problema 16.
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Respostas:
1) 97 K, 2) (a)31%, (b)16 kJ, 3)(a)226K, (b)341K
4) (a) 23, 6%, (b)1, 49× 104 J
5) (a)2,27kJ (b)14,8kJ (c)15, 4% (d)75% (e)maior
6) (a) 4,67kJ/s (b) 4,17kJ/s 7) (a)33kJ (b)25kJ (c)26kJ (d)18kJ 8) 1,7kJ
9) (a)1, 47× 103 J (b) 5, 54× 102 J (c)9, 18× 102 J (d)62, 4%
10) (a)monoatômico (b)75% 11) (a)3 (b)1,98 (c)0,66 (d)0,495
(e)0,165 (f)34% 12) (a)0,071J (b)0,5J (c)2J (d)5J
13) 20J 14) (a)49kJ (b)7,4kJ 15) 1, 08× 106 J 16) 2,03
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