EXERCÍCIOS

1. Um motor Diesel produz 2200J de trabalho mecânico e rejeita 4300J de calor em cada ciclo. A) Qual deve ser a quantidade de calor fornecida para a máquina em cada ciclo? B) Qual é a eficiência térmica da máquina?

2. O motor de um avião recebe um calor de 9000J e rejeita 6400J em um ciclo. A) Qual é o trabalho realizado pela máquina em cada ciclo? B) Qual é a eficiência térmica da máquina?

3. Um motor a gasolina consome 16100J de calor e realiza 3700J de trabalho em cada ciclo. O calor é obtido pela queima da gasolina com calor de combustão igual a 4,60x104J/g. A) Qual é a quantidade de calor fornecida para a máquina por segundo? B) Qual é a quantidade de calor rejeitado em cada ciclo? C) Qual é a massa de combustível queimado em cada ciclo? D) Se o motor gira a 60 ciclos por segundo, qual é a potência fornecida pelo motor em kilowatts?

4. Um motor a gasolina produz uma potência igual a 180kW. Sua eficiência é 28%. Qual é a quantidade de calor fornecida para a máquina por segundo? B) Qual é a quantidade de calor rejeitado pela máquina por segundo?

5. Certa usina termelétrica alimentada por reação nuclear produz uma potência mecânica (usada para operar um gerador elétrico) igual a 330MW. A) Sua taxa de absorção de calor do reator nuclear é igual a 1300MW. A) Qual é a eficiência térmica? B) Com que taxa o calor é rejeitado.

6. Um refrigerador possui um coeficiente de desempenho igual a 2,10. Ele absorve 3,40x104J de calor de um reservatório frio em cada ciclo. A) Qual é a energia mecânica em cada ciclo necessária para operar o refrigerador? B) Durante cada ciclo, qual é o calor rejeitado para o reservatório quente?

7. Um condicionador de ar em uma sala tem um coeficiente de desempenho igual a 2,9 em um dia quente, e usa 850W de potência elétrica. A) Quantos joules de calor o condicionador de ar retira da sala por minuto? B) Quantos joules de calor o condicionador fornece ao ar quente em um minuto? C) Explique por que as suas respostas A e B não são iguais.

8. Uma unidade de condicionador de ar em uma janela absorve 9,80x104J de calor por minuto de uma sala que está sendo resfriada e, no mesmo intervalo de tempo, despeja 1,44x105J de calor no ar externo. A) Qual é o consumo de potência dessa unidade em watts? B) Qual é a eficiência energética dessa unidade?

9. Um freezer possui um coeficiente de desempenho igual a 2,4. O freezer deve converter 1,80kg de água a 25°C em 1,80kg de gelo a -5°C em uma hora. A) Que quantidade de calor deve ser removida da água a 25°C para convertê-la em gelo a -5°C? Qual é a energia elétrica consumida pelo freezer durante uma hora? C) Qual é a quantidade de calor rejeitado para a sala na qual o freezer está localizado?

10. Uma máquina de Carnot cujo reservatório quente está a uma temperatura de 620K absorve 550J de calor nessa temperatura em cada ciclo e fornece 335J para o reservatório frio. A) Qual é o Trabalho produzido pela máquina durante cada ciclo? B) Qual é a temperatura da fonte fria? C) Qual é a eficiência térmica do ciclo?

11. Uma máquina de Carnot opera entre dois reservatórios com temperaturas de 520K e 300K. a) Se a máquina recebe 6,45kJ de calor do reservatório a 520K em cada ciclo, quantos joules por ciclo ela rejeita ao reservatório a 300K? b) Qual é o trabalho mecânico produzido pela máquina durante cada ciclo? c) qual é a eficiência térmica da máquina?

12. Uma máquina de Carnot tem uma eficiência de 59% e realiza 2,5x104 J de trabalho em cada ciclo. a) Quanto calor a máquina extrai de sua fonte de calor em cada ciclo? b)

Suponha que a máquina rejeite calor para a sala à temperatura de 20°C. Qual é a temperatura de sua fonte de calor?

13. Uma máquina que produz gelo opera com um ciclo de Carnot. Ela recebe calor da água a 0°C e rejeita calor para uma sala a 24°C. Suponha que 85,0kg de água a 0°C sejam convertidos em gelo a 0°C. a) Qual é o calor rejeitado para a máquina?

14. Um refrigerador de Carnot opera entre dois reservatórios de temperaturas de 320K e 270K. a) se em cada ciclo o refrigerador recebe 415 J de calor do reservatório a 270K, qual é a quantidade de calor em joules transferida para o reservatório a 320K? b) Se o refrigerador executa 165 ciclos em cada minuto, qual é a potência necessária para operar o refrigerador? c) Qual é o coeficiente de desempenho do refrigerador?

15. Um dispositivo de Carnot extrai 5,0kJ de calor de um corpo a -10°C. Que trabalho é realizado quando o dispositivo rejeita calor para o ambiente a uma temperatura de a) 25°C; b) 0°C; c)-25°C? Em cada caso, o dispositivo funciona como uma máquina ou como um refrigerador?

16. Certa marca de freezer anuncia que usa 730kW.h de energia por ano. Supondo que o freezer funcione durante 5 horas todos os dias, quanta potência ele requer enquanto está em funcionamento? b) Se o freezer mantém seu interior a uma temperatura de -5°C em uma sala a 20°C, qual é o coeficiente de desempenho teórico máximo? c) Qual é a quantidade máxima teórica de gelo que esse freezer poderia fazer em uma hora, partindo de água a 20°C?

17. Uma máquina ideal de Carnot funciona entre 500°C e 100°C com um fornecimento de calor de 250J por ciclo. a) Que quantidade de calor é fornecida ao reservatório frio em cada ciclo? b)Qual é o número mínimo de ciclos necessário para que a máquina erga uma pedra de 500kg a uma altura de 100 m?

18. Uma máquina térmica de Carnot possui uma eficiência térmica igual a 0,60, e a temperatura de seu reservatório quente é 800K. Se 3000J de calor forem rejeitados para o reservatório frio em um ciclo, quanto trabalho a máquina realiza durante um ciclo?

19. Uma máquina térmica de Carnot usa um reservatório quente que consiste em uma grande quantidade de água fervente e um reservatório frio formado por um grande tanque de gelo e água. Em 5 minutos de funcionamento, o calor rejeitado pela máquina derrete 0,040kg de gelo. Durante esse tempo, quanto trabalho W é realizado pela máquina?

20. Você projeta uma máquina que absorve 1,50x104 J de calor a 650K em cada ciclo e rejeita calor a uma temperatura de 350K. A máquina completa 240 ciclos em 1 minuto. Qual é o máximo rendimento de potência teórico de sua máquina, em cavalos-vapor?

21. Mostre que a eficiência e de uma máquina de Carnot e o coeficiente de desempenho K de um refrigerador de Carnot são relacionados por K=(1-e)/e. A máquina e o refrigerador operam entre os mesmos reservatórios quentes e frios. b) Qual é o valor de K para os valores limites quando e tender a 1 e e tender a 0? Explique.