universidade tecnológica federal do paraná – utfpr

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ – UTFPR
7º Lista de exercícios de Física - Cap. 20 Entropia e Segunda Lei da Termodinâmica
Prof. Nelson Elias
Aluno(a):__________________________________________ Turma : ___________ Data: ______/______/_______.
1) A figura abaixo é um gráfico PxV para uma versão idealizada de um pequeno motor Stirling, cujo nome vem do
Revendo Robert Stirling, da Igreja da Escócia, que propôs o esquema em 1816. A maquina usa n = 8,1.10-3 moles de
um gás ideal, operando entre reservatórios de alta e baixa temperaturas com TH = 95ºC e TC = 24ºC, e funcionando à
taxa de 0,7 ciclos por segundo. Um ciclo consiste em uma expansão isotérmica (ab), uma compressão isotérmica (cd) e
dois processos de volume constante (bc e da).
a) Qual o trabalho resultante da máquina por ciclo?
b) Qual a potência da máquina?
c) Qual o calor resultante transferido para o gás
durante o ciclo?
d) Qual a eficiência da máquina?
Resp. a) W ≈ 1,93 J, b) P ≈ 1,3 W, c) Q ≈ 1,9 J e d) e =19%
2) Uma máquina térmica executa 200 J de trabalho em cada ciclo e tem um rendimento de 30,0 %. Para cada ciclo,
quanto calor é (a) absorvido e (b) rejeitado?
Resp.: a) QH = 667 J e QC = 467 J
3) Uma determinada máquina térmica fornece uma potência útil de 5,0 kW e tem um rendimento de 25%. A máquina
rejeita 8000 J de calor em cada ciclo. Encontre: a) o calor absorvido em cada ciclo? b) o tempo para cada ciclo?
Resp.: a) QH = 10,67 kJ e b) t = 0,53 s.
4) Uma caldeira, a temperatura de 600 K, fornece vapor, correspondente a 1000 kcal em cada segundo, a uma turbina.
O vapor, depois de passar pela turbina, cede ao condensador (fonte fria) 800 kcal por segundo a uma temperatura de
293 K. Considerando 1cal ≈ 4 J, determine a potência produzida por essa máquina em kW e calcule seu rendimento.
Resp.: 800 kW, 0,2 ou 20%.
Refrigerador e Ciclo de Carnot.
5) Um refrigerador realiza 200 J de trabalho para remover 600 J do seu compartimento frio. A) Qual a eficiência
(coeficiente de desempenho) do refrigerador? B) Quanta energia por ciclo é expelida sob a forma de calor para a
cozinha?
Resp.: a) 3 e b) 800 J.
6) Certa máquina térmica ideal funciona realizando o Ciclo de Carnot. Em cada ciclo, o trabalho útil fornecido pela
máquina é de 1000 J. Sendo as temperaturas das fontes térmicas 127ºC e 27ºC, respectivamente,determine:
a) o rendimento da máquina referida;
b) a quantidade de calor retirada da fonte quente;
c) a quantidade de calor rejeitada para a fonte fria.
Resp.: e =25% , QH = 4000 J e QC = 3000 J.
7) Uma das máquinas mais eficientes já construída opera entre 430ºC e 1870ºC. (a) Qual é seu rendimento teórico
máximo? (b) O rendimento real da máquina é de 42%. Quanta potência útil o motor produz se absorve 1,4.105 J de calor
a cada segundo de seu reservatório quente?
Resp.: 67,2% e P= 58,8 kW.