Problemas Resolvidos de Física

Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
HALLIDAY, RESNICK, WALKER, FUNDAMENTOS DE FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE
JANEIRO, 1996.
FÍSICA 2
CAPÍTULO 22 - ENTROPIA E A SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA
20. Uma bomba térmica é usada para aquecer um edifício. Do lado de fora a temperatura é −5oC e
dentro do edifício deve ser mantida a 22oC. O coeficiente de performance é 3,8 e a bomba injeta
1,8 Mcal de calor no edifício por hora. A que taxa devemos realizar trabalho para manter a
bomba operando?
(Pág. 258)
Solução.
Uma bomba térmica pode ser imaginada como um ar condicionado (refrigerador) que é instalado na
parede de uma sala de tal forma a esquentar o seu interior, ao invés de resfriá-la. Portanto, uma
bomba térmica não passa de um refrigerador instalado ao contrário, em que o ambiente frio é a
atmosfera que, como se pode imaginar, nunca será resfriada. Veja o esquema abaixo:
TQ
QQ
W
QF
TF
A taxa de realização de trabalho corresponde à potência (P) que deve ser fornecida à bomba.
W
P=
∆t
O esquema acima permite dizer que:
Q=
QF + W
Q
Dividindo-se a expressão acima pelo intervalo de tempo ∆t:
QQ
QF W
Q
+
= F +P
∆t
∆t
∆t
∆t
O coeficiente de performance (K) da bomba vale:
K=
=
(1)
QF
W
Logo:
QF = W K
QF
W
=
=
K PK
∆t
∆t
(2)
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Halliday, Resnick, Walker - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 22 – Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica
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Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
Substituindo-se (2) em (1):
QQ
∆t
=
P
= PK + P = P ( K + 1)
QQ
1
1
Mcal/h ) 0,375 Mcal/h
=
=
(1,8
( K + 1) ∆t ( 3,8) + 1
Mcal   1 h   6 cal  
J 

=
P  0,375
×
 × 10
 ×  4,186 =
 436, 04 W
h   3.600 s  
Mcal  
cal 

P ≈ 440 W
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Halliday, Resnick, Walker - Física 2 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 22 – Entropia e a Segunda Lei da Termodinâmica
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